近年来，随着矿业的迅速发展，红星机械的大型矿用球磨机的制造技术水平处于行业水平。但大型矿用球磨机中的关键精密零件——主轴承120°铜瓦，受铸造、加工等一系列制造技术条件的制约，一直依赖进口，成本居高不下。该铜瓦属于高精度、薄壁型的分体式零件，该工件刚性差，受到毛坯铸造的残余应力、加工过程的切削应力等因素的影响极易发生工件变形，从而降低使产品的制造精度，极大地影响了产品的使用精度和使用寿命。

因此应对大型矿用球磨机主轴承120°铜瓦试制件进行工艺技术改进，寻找经济合理有效的制造工艺流程和工艺措施，以解决薄壁、分体式铜瓦的加工制造技术难题。

一、铜瓦制造的工艺分析

1、铜瓦主要技术参数

铜瓦材质为铅青铜，净质量为760kg，铜瓦结合面夹角成120°，3件一组整圆浇注；铜瓦直径2800mm，壁厚40mm，高度650mm；铜瓦内圆粗糙度Ra=0.8，端面、外圆粗糙度Ra=1.6，其余表面粗糙度Ra=3.2。

2、铜瓦的加工难点

（1）工艺流程该铜瓦为分体形式（120°）结构，毛坯采取整圆浇铸，加工时需将工件切开，因此，切开时机的选择是制定铜瓦制造工艺流程方案的关键。

（2）变形控制由于该铜瓦属于大直径、薄壁分体式零件，刚性较差，制造过程中各种应力变形、零件的最终尺寸公差和形位公差较难控制。

二、铜瓦制造的工艺方案

1、总体工艺流程

该铜瓦的制造工艺流程可分为以下两种方案：

（1）方案1：工件整圆铸造后，进行粗、半精及精加工，后面将工件切成3瓣；

（2）方案2：工件整圆铸造后，进行粗加工，并将工件切成3瓣，再将3瓣铜瓦拼成整圆进行半精和精加工。

分别采用上述两种制造工艺方案，进行两组铜瓦试制，并对两组铜瓦进行了测量分析。

在同一水平面上将120°铜瓦内圆弧等分20份，将工件放置在数控龙门镗铣床上，通过机床伺服系统的坐标值来检测数值。分别测量圆心到内圆弧各等分点的距离（即半径尺寸），间接获取工件的内径尺寸。

2、两组铜瓦的数据分析

（1）采用方案1加工完成的120°铜瓦内径测量数据，工件内径尺寸在±60°结合面处的差值变化较大。

（2）采用方案2整圆切开前（即整圆粗加工后），内孔余量单边5mm，外圆单边6mm。整圆切开后，精铣每处结合面，工件仍然有张口变形，此时再将工件拼成整圆进行半精及精加工。工件内径尺寸与名义尺寸在±60°结合面处的变化值较大。即较大变形量在测量角为-60°时为0.36mm，测量角度为+60°变形量为0.37mm。

3、两种方案的数据对比分析

在两种方案的测量数据中，越靠近120°铜瓦两端结合面处误差值越大，且工件切开后两端结合面处于张口变形，是由加工精度误差和工件切开的变形所造成。通过对比可知，方案2得到的工件内径尺寸误差值大幅减小，变形量由方案1的0.8mm降低至0.4mm，由此说明留量切开后再组圆加工的工艺方案对工件的张口变形起到修正作用，因此，分体铜瓦选择总体工艺方案2的制造流程更为合理。但此变形量仍无法完全消除，经分析发现，工件切开后再拼成整圆已不再是一个均匀的完整刚性体，造成了当刀具切削加工到切缝处，切削应力的突变，尤其是在精加工时是无法完全消除的。方案1的工艺流程相对简单，整圆铜瓦便于精加工，但工件尺寸变形较大；方案2的工艺流程相对复杂，组合整圆加工难度相对较大，但控制变形效果较好。

通过比较分析，结合实际情况最终确定方案2为该类零件较为合理的制造工艺流程。

4、铜瓦切割方法的分析比较

120°铜瓦整圆切开的方法有两种：①数控镗铣床上，用锯片铣刀将工件切开后精铣结合面；②在线切割机床上，线切割后精铣结合面。

由于工件材料属性的特殊性，锯片刀切开工件时易夹刀、切缝较大、结合面变形大且精度不高；精铣结合面时对工件结合面的修整量无法预估，因此不需增大毛坯的加工余量，因此实际加工时进行直接采用方案2切割方法，即在线切割机床上线切割后精铣结合面。

三、铜瓦加工过程中的变形控制

1、精加工前的工件组成

铜瓦切开后精铣结合面，并在结合面上钻工艺定位销孔，然后装入工艺定位销，按对位标记将分体铜瓦把合。用塞尺检查把合后的组件结合面间隙。切削加工时工件切缝处所受的切削力越均匀，切削应力的突变就越小，加工完成后的张口变形就越小。

2、精加工过程工件变形的控制

（1）应力释放在加工过程中，铜瓦变形主要由毛坯残余应力、切削应力和切削热变形引起，为了有效控制铜瓦的变形，铜瓦应在粗加工后切开进行自然时效，充分释放毛坯在铸造过程的残余应力及粗加工的切削应力；半精和精加工之间自然时效释放应力，精加工时由于工件热变形伸缩量较大，后面一次粗加工前，松开卡爪和压板，充分释放应力。

（2）装卡方法半精加工时工件拼成整圆上机床，压板压紧铜瓦下部法兰背端面，上部法兰各部精加工成，其余加工表面留精加工余量；调装后以已加工成法兰部为装卡基准，精加工时不再需要调装，可一次装卡完成关键的内圆、外圆表面加工。

精加工时，机床卡爪的卡紧力不宜过大，仅起到确定工件圆心的定位约束作用即可，同时不得采取压板固定工件的装卡方式，而是靠工件的自身重力置于机床工作台上，采用低转速、低进给的光刀加工。

四、总结

通过对大型矿用球磨机主轴承120°铜瓦的成功试制，积累了大量经验和数据，得出以下几个主要结论：

（1）得出此类零件制造的总体工艺方案：整圆铸造→粗加工→切开→半精→精加工；并将该方案在同类产品中应用，验证了其合理性。

（2）采取线切割、定位销组合加工及半精、精加工的装卡技术等一系列工艺措施，有效地控制了工件的变形。

（3）通过分析对比可知，在分体式铜瓦加工时，结合面切削应力的突变是造成工件加工张口变形关键控制点。通过进一步分析研究，得出分体铜瓦拼成整圆所需的箍紧力，使之更接近或成为完整的刚性体，将切削应力的突变控制到较小，以进一步提高控制工件张口变形的能力。