加工制造業環形薄壁件的加工分析

　　現代制造企業加工水平逐年提升，為了更好的滿足企業加工需求，提高企業核心競爭力，優化企業加工制造水平，對于常見的航空發動機產業關鍵零部件之一的環形薄壁件進行了加工分析及優化。該類環形薄壁件的特點是壁薄，最小厚度厚僅0.8mm，零件外形尺寸大有φ450.1mm，形位公差要求高，材料是高溫鎳基合金，硬度相對較高，韌性好，加工形變難以控制，尤其安裝邊與幅板的平行度0.015mm極難保證，因此平行度的保證是此類大型薄壁環形類零件在數控車床加工的關鍵技術，同樣適用于其它類似的薄壁類零件的加工。如何控制好加工形變直接影響到零件的平行度。在實際的加工中，我通過改進裝夾方式，對加工過程進行控制、摸索和確立，刀具選擇和加工路線的優化等各方面的改進改善，使這個加工的技術難點獲得突破性的進展。下文就這一論點做詳細的論述。

　　首先分析影響壓氣機罩平行度的因素主要有以下幾點：

　　1：裝夾方式及壓緊力的調整

　　2：加工變形

　　3：程序編制和采用的切削參數不適用

　　4：工藝及加工路線的不合理

　　這些因素使圖二中的第9、22項技術要求經常無法保證，難以達到所需的工藝要求，質量不穩定，零件加工合格率低，超差較多甚至出現廢品而且效率低。針對這些因素我從合理選用刀具，刀片，精確分配加工余量，優化切削參數和加工程序，調整加工路線，改進加工工藝等方面入手，不斷地試制摸索和改進、改善，確定了最佳的加工工藝，使壓氣機罩加工形變得到了控制，有效的保證了安裝邊與幅板的平行度。

　　一、 改進裝夾方式、準確調整壓緊力

　　薄壁零件的裝夾方式多采用軸向壓緊方式，避免采用徑向夾緊，

　　改進前的裝夾方式由于零件外形特殊必須用兩套夾具分兩道工序進行加工，通常薄壁件粗加工后，精加工前要將零件松開，使其充分變形，消除部分內應力，然后以較小的壓緊力壓緊零件進行精加工，這樣就可以消除應力變形。但壓緊力的大小很難調整得一致和均勻，調整不好反而加大變形，利用以前的鉗工基礎大膽采用鉗工常用的，能將壓緊力控制在一個統一的壓力值的扭矩力扳手，加裝自制的適合螺釘大小的轉接頭將21個螺釘對稱壓緊，有效的將壓緊力的大小控制一致對稱均勻。

　　二、正確選用加工刀具、有效的控制加工變形

　　一般加工變形主要有：切削力變形，切削熱變形，振動變形以及內應力變形這些方面，而這些因素都與加工零件的刀具有直接的關系，通常刀具的前角、主偏角相對增大時，切削力會顯著下降，產生切削溫度相對低，從而切削力變形和切削熱變形會相應減小;而刀尖圓弧半徑增大時，切削力會相應增大切削變形也會增大，但同時刀尖圓弧半徑大又改善了刀尖處的散熱降低了刀尖處的切削溫度，減少了切削熱的產生，使切削熱變形減小。

　　因此刀具，刀片的合理選用能夠地減小切削力和降低切削熱的產生從而有效地改善零件的加工形變。原先按常規為了減小切削力采用的CNMG120404HA-PC9030刀尖圓弧R0.4的35°刀進行加工，但由于刀尖圓弧小刀尖磨損快，幅板A面加工面又長容易產生擠壓應力和熱應力，而且斷續切削容易崩刀尖產生擠壓應力使加工面變形較大。用CNMG120408MS-KC5010刀尖圓弧 R0.8的80°刀代替原先的CNMG120404HA-PC9030刀尖圓弧R0.4的35°刀進行加工，解決和降低了由于刀尖圓弧小刀尖易磨損，斷續切削時刀尖強度不夠易崩刀尖而產生的擠壓應力，以及刀尖圓弧小散熱不好產生的切削熱應力的問題。

　　由于刀具主要進行徑向走刀切削，兩種刀具主偏角在安裝時的大小是一樣的：切削力不會明顯增大，同時該刀片的前角比原先刀片的前角大既緩解了由于刀尖圓弧加大造成的切削應力加大的問題又解決了材料韌性好難切入的問題，又一定程度上降低了切削應力的產生，有效的緩解了零件加工形變，另外這種刀片斷屑槽的幾何角度又能使切屑成螺卷長條帶狀排出，不排向所加工的端面，不會造成切屑擠壓刮傷噴涂層使輪廓度超差，同時帶走了部分切削所產生的切削熱降低了熱應力變形。此外該零件在φ415.392mm處有一處45°端面槽，原來加工采用的4mm寬的45°端面切刀，很容易將 C面擠壓變形，將刀寬改為2.5mm，降低了切削力的產生和切削變形的產生。刀具、刀片的正確選用有效的控制了加工變形，行之有效的降低了A面與C面的平行度誤差。

　　三、優化程序、精確調整切削參數

　　雖然刀具、刀片的正確選用一定程度上控制了加工形變，但由于程序編制的不合理，切削參數的不精確，切削加工變形還是沒有完全解決。最初由于A面是基準，為了容易保證圖二中第17，18項長度尺寸，程序編制的加工順序是：A面——C面——槽，且切槽方式是直切法，不但切削力大零件變形大，而且切槽放在最后加工會使已加工好的A面、C面產生二次變形，與工藝溝通將程序編制的加工順序調整為槽——A面——C面，避免了A、C面的二次變形，同時將槽刀加工方式改編成左右分層切削，大大減小了切槽刀的徑向切削力，使A、C面得平行度得到了有效控制。

　　在編加工平面型面較長的面的加工程序時，通常采用G96，G50恒定線速度，但由于零件外形特殊如圖四所示，孔壁上有噴涂層，為了保證零件的輪廓度必須與A面在一次走刀加工完，A面壁薄幅板又長，還有斷續切削，轉速不能太高，同時要保證噴涂層的粗糙度又不能轉速太低，因此不能采用恒定線速度，只能分段控制轉速，經過摸索車噴涂層用40轉/分，噴涂層粗糙度能達到工藝要求，通過線速度公式計算(∏xDxN/1000)發現加工程序的轉速40轉/分在零件直徑φ450.1mm時計算出線速度高達57m/分，會產生較大的切削力變形，通過計算和調整，結合刀片的轉速振動區間將A面加工轉速確定為20轉/分，同樣將C面加工轉速定在了16轉/分，這樣既保證了加工時零件不產生振動變形又減小了由于零件直徑大造成度大而產生的切削應力，從而減小了加工變形。但僅僅將轉速調整合適并不能將A面的加工變形完全控制住。結合將程序中其他切削參數綜合調整找到合理的切削參數才能有效的控制A面形變。通過優化程序， 精確調整切削參數達到了保證平行度的目的。

　　四、合理調整工藝及加工路線

　　正確選擇工藝加工路線就能減少和避免加工形變的產生。工藝和加工路線的不合理同樣會產生工藝形變，對平行度的保證極為不利。原來的加工工藝路線是：磨工——數車(加工A面)——數車(加工C面，D面)——數銑(加工21凸臺和安裝孔)…

　　調整后的加工路線：磨工——數銑(加工21凸臺和安裝孔)——數車(加工A面C面)———磨工(加工D面)

　　這樣調整是為了滿足前文中裝夾方式的改進對工藝路線的調整，另外原來的工藝是這在道數車工序同時加工好所示安裝邊的D面和C面，對于這種兩面同時加工的薄壁零件加工的方法通常采用小余量，快速，反復加工。這樣C面的變形和變形方向難以控制，會直接影響到平行度的保證，為了解決這一矛盾我又進一步改進工藝和加工路線，本數車工序將D面留出0.1mm余量，在本工序之后增加一道圓臺磨工序將D面磨到尺寸，由于磨削余量少對零件的形變影響不大，同時又有效的消除了加工D面時對C面的加工形變。

　　機械工程師評職知識：超精密加工論文發表期刊

　　在A面21個安裝孔處先進行了去余量加工，大大降低了精加工A面安裝孔的加工余量，降低和緩解了安裝孔處斷續切削造成的振動變形和切削力變形。合理調整工藝及加工路線消除了工藝變形，確保了A面與C面的平行度。

　　參考文獻

　　(1)機械制造技術[M]，北京：高等教育出版社，20011.

　　(1)航空制造技術， 航空制造技術雜志社

　　作者：劉媛媛

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