摘要：为了提高车架支撑板生产线的加工效率和加工质量，主要从冲孔质量、切割质量和自产率等方面进行研究分析，找出原因并提出相应的解决方案。通过对主要工艺参数进行优化、对设备重要参数进行调整，调整定位方式和定位夹具设计，完善标准件TD处理等方法的应用，使产品的加工质量和生产效率均得到提升。
关键词：支撑板 飞机梁连接板 加工质量 加工效率
车架支撑板生产线由剪板机、数控平板冲、激光切割机、数控折弯机四台设备组成，加工精度高，加工范围广，属于柔性加工线。通过对板料进行剪切、冲孔、外形切割和折弯等工序，完成支撑板、连接板、支架等零件的加工。在零件产品生产过程中存在冲孔质量、切割质量及废品率高等加工质量问题；对冲孔工序、切割工序及折弯工序进行优化改进，以改善产品质量并提高自产率。
1 冲孔质量问题分析及解决方案
冲孔工序的质量问题为孔径变小、有毛刺、有压痕。冲孔的孔径变小主要是由于冲头磨损严重导致，此时需更换冲头。毛刺和压痕主要是由于冲头和凹模间隙不合适所导致。
数控平板冲的冲头有Φ9、Φ13、Φ15、Φ17、Φ19、Φ50、Φ34、Φ20。支撑板和连接板Φ13和Φ15的孔位占90%以上，因此Φ13和Φ15的冲头和凹模利用频率高，易磨损和损坏。凹模磨损后，需修模且重新加工周期长，新的凹模与模座需修配并重新调试验证，将导致无法正常生产。冲头的更换也需要时间，随着产品质量要求的提高和生产节拍的加快，这一问题需要解决。
常用冲头和凹模座的材质均为Cr12MoV，淬火硬度HRC58-62，易磨损。对Φ13和Φ15的冲头和凹模进行TD处理。TD模具表面硬化处理技术采用金属碳化物扩散覆层TD（Thermal Diffusion Car⁃bide Coating Process）原理，在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几um至20 um的钒、铌、鉻、钛的等金属碳化层。
TD处理后由于模具表面形成8～10 um的硬化合金层，表面光洁度提高，耐磨性增强。表面硬度可以达到现有硬度的5倍左右，但基体硬度、柔韧性等不发生变化。对普通冲头、凹模和TD处理冲头、凹模的实际使用过程进行为期一个月的跟踪调查，具体数据对比见表1。
表1 TD处理前后的数据对比
通过TD处理提高了模具的使用寿命，节省生产成本；改善了产品外观，提高产品加工质量；节省了维修时间和其他辅助时间，提高产品生产效率。
2 切割质量问题分析及解决方案
切割工序易出现的质量问题如切割断面粗糙、X向尺寸超差、Y向尺寸超差。切割断面见图1，尺寸超差见图2。
图1 切割断面
图2 尺寸超差
2.1 切割断面粗糙的原因分析及解决措施
切割断面粗糙的原因如下。
a.喷嘴孔与激光束不同轴；
b.一次有效切割范围过小；
c.切割速度不合适。
2.1．1 喷嘴孔与激光束不同轴的解决措施
a.检查喷嘴是否完好。当喷嘴发生变形或有熔渍时，直接影响同轴度，需更换喷嘴。当喷嘴无变形、无熔渍、无严重磨损现象或不影响同轴度时，即可直接进行同轴度的调整。
b.调整喷嘴孔与激光束的同轴度。经过圆偏振镜片反射的激光束中心与切割喷嘴的中心重合，即可达到要求。调整原理见图3，调整实物见图4。
图3 调整原理
图4 调整实物
同轴度调整具体步骤如下。
a.在喷嘴的出口端面涂抹红色印泥，将白色不干胶带贴在喷嘴出口端面；
b.在功率10～20 W的条件下手动方式下进行打孔；
c.观察不干胶带上激光烧损的黑点位置；
d.调整喷嘴位置，将黑点与喷嘴中心重合。
激光器打出的孔为一个黑点，进行调节时肉眼识别位置相当困难，因此调节量无法控制。将激光器打下的黑点进行分割，调节准确性则大大提高，同轴度调整过程见图5。只需将喷嘴孔与激光束同轴度偏差控制在在1 mm之内，切割质量即合格。
2.1．2 一次有效切割范围过小的原因分析及解决措施
了解激光切割机（图6）的2个要点知识即设备的悬臂横梁长度为1 250 mm，编程软件中的分割线设置为每1 250 mm处有分割线。
分析加工零件尺寸分布情况，有效切割范围≤1 250 mm（图7），C处切割尺寸超出设备有效切割范围，不能1次切割完成。在两次切割衔接处出现大大小小的凸台，因此割口表面粗糙。
图5 同轴度调整过程
图6 切割机示意
图7 加工尺寸分布图
采取增大设备一次移动距离的方法实现尾端一次切割完成。尾端需要切割的尺寸小于设备悬臂横梁的长度，增大设备一次移动距离，将尾端需要切割的部分包含于设备悬臂范围内，实现1次切割。具体操作如下。
a.第一步。确定主机的1次移动的位置，1 295 mm≤主机位置≤1 398 mm（图8）。
图8 主机移动尺寸
b.第二步。更改PM200编程软件中目标机器参数，主机位置取1 295～1 398 mm之间任意值，以1 380 mm为例，参数更改如下。
更改前，PM200编程软件中目标机器参数如下。
c.第三步。更改主机控制系统子程序。
更改前主机控制系统子程序如下。
对于各种不同的支撑板，只要能保证设备1次有效切割的范围≤1 250 mm（图9）,就能保证切割质量（图10）。
2.1．3 切割速度不合适的原因分析及解决措施
如果切割速度过快，会造成以下后果。
a.无法切透，火花乱喷。
b.有些区域可以切透，但有些区域无法切透。
c.整个断面较粗，但不产生溶渍。
图9 设备1次有效切割范围
图10 切割断面光滑
d.切割断面呈斜条纹路，且下半部分产生溶渍。
如果切割速度太慢，会造成以下后果。
a.造成过熔，切割断面较粗糙。
b.切缝变宽，尖角部分整个溶化。
c.影响切割效率。
从切割火花也可以判断速度。
a.火花若倾斜时，则说明切割速度太快（图11a）。
b.火花呈现不扩散且少，聚集在一起，则说明速度较慢（图11b）。
c.火花由上往下扩散，切割速度正常（图11c）。
图11 切割过度对火花的影响
经多次试验，6～8 mm厚碳钢切割速度保证在1 600～1 905 mm/min,切割质量较好。实际加工中，切割速度设置为1 800 mm/min。
2.2 尺寸超差原因分析及解决措施
X向尺寸超差和Y向尺寸超差是由于板料未靠紧定位装置，即定位失效引起（图12）。引起因素包括滚珠支承嵌入孔内卡料、侧定位的气缸压力不足、上料位置靠前没留缓冲区、产品换型后没有加装滚珠。
图12 定位失效
解决措施如下。
a.尽可能多装滚珠支承，可以减少滚珠支承嵌入孔内的概率，也可降低侧顶、后顶推动时的阻力。
b.吊料时在X轴方向预留足够缓冲带，以使板料在侧顶后顶同时施力时靠紧侧定位。
c.经常检查设备中各部位气体管路，发生泄漏时快速反馈维修人员处理，保障夹钳、侧顶、后顶压力正常。
d.部分产品切割时卸掉的滚珠支承需在本产品完成后及时安装，保障其他产品顺利生产。合理有效的定位方式见图13。
图13 定位合理
3 飞机梁连接板自产率的提升
连接板按用途分为横梁连接板，飞机梁连接板和尾梁连接板。其中横梁连接板和尾梁连接板长度均小于500 mm，属于小连接板，主要用于自主加工。飞机梁连接板长度都介于1 500～3 000 mm之间，属于长连接板，主要是委外加工。为了提高自产率，飞机梁连接板须自主加工。
根据产品设计图和现有设备确定加工流程飞机梁连接板（图14）加工工艺，具体流程为备料—冲孔—切角—折弯。通过对连接板进行分析和计算，确定展开料尺寸，并绘制展开示意（图15），分别以A边和B边作为基准分析工艺的可行性。
以基准A作为定位边，由于孔中心到定位边的距离为18 mm，进入设备的死区范围，无法进行冲孔，见图16。以基准B作为定位边，孔中心到定位边的距离为30 mm，可以完成冲孔。冲孔完成后，剪切四个角，送到折弯机进行折弯。
图14 连接板实物示意
图15 连接板展开示意
图16 连接板冲孔示意
折弯工序若采用边定位，加工效率高，此种工艺方案废品率较高，不能满足需求。因此改变定位方式，采用孔定位，目前没合适的定位装置，需设计孔定位专用夹具。
孔定位专用夹具经三轮改进与试验确定最终状态。第一轮设计的夹具定位晃动量大，定位操作时存在不安全隐患；第二轮改进的夹具依靠两个点来定位，适合部分产品的加工，调整定位时，某个定位点到V型槽内时定位失效，此夹具应用有局限性。第三轮改进的夹具增大了接触面积，定位时只需旋转螺母，调整螺杆的定位距离，适用范围广（图17）。
图17 夹具设计及改进
将边定位和孔定位两种方案生产的制件进行数据采集，见表2。工艺要求H的公差为±0.3 mm，将两种方案进行对比，孔定位制件质量波动小，精度高，废品率低，适合大批量生产。
表2 两种定位方式的加工H尺寸对比mm
注：在每种方案生产中随机抽取5件做为检测样品
现场飞机梁连接板折弯加工过程中，孔定位专用夹具的应用见图18。此夹具可用于加工各种飞机梁连接板，定位精度高，加工质量稳定，加工效率高。
4总结
图18 孔定位专用夹具现场示意
通过TD处理的应用，减少了冲头更换的频次和凹模的修配。通过切割工艺参数和路径的优化，切割外观质量符合公差要求，切割断面质量光滑。通过折弯机孔定位专用夹具的设计及应用，飞机梁连接板实现了大批量自主加工，自产率提高。上述改进在车架支撑板生产线的应用，使产品的加工质量、效率及自产率均得到大幅度提升，满足了目前产能需求和客户的需求。
