淺談薄壁杯形墊圈的加工工藝

王曉云 胡忠彪 吳夢綿

（沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

公司為了推進(jìn)某產(chǎn)品的國產(chǎn)化進(jìn)程，在全公司范圍內(nèi)組織相關(guān)單位進(jìn)行必?fù)Q件和易損件的生產(chǎn)。在產(chǎn)品更換過程中，杯形墊圈是必?fù)Q件，磨損度較高，需求量較大，必須大量生產(chǎn)。為滿足備件充足，確保產(chǎn)品能正常交付，公司決定自行生產(chǎn)杯形墊圈這種零件。那么合理安排工藝流程，選擇較好的加工方法，降低生產(chǎn)成本，縮短加工周期，提高工作效率，加工出符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品勢在必行。

杯形墊圈在低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子上起固定鎖緊的作用。材料為不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），具有較好的耐蝕性能和高溫抗氧化性。無磁性，焊接性能良好。其毛料狀態(tài)設(shè)計(jì)要求為模鍛件或精密軋制。為節(jié)約成本，經(jīng)過與設(shè)計(jì)部門協(xié)商，同意毛料采用自由鍛狀態(tài)。由于杯形墊圈是薄壁零件，所以在對此零件未有任何生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)要求（見圖1）尋求最佳的工藝流程，初步編制了兩種工藝路線。

路線1：毛料→粗車→半精車→精車并切斷→銑加工去毛刺→洗滌→ 最終檢驗(yàn)→ 洗滌→ 鈍化

路線2：毛料→粗車→半精車→精車并切斷→磨端面線切割→洗滌→最終檢驗(yàn)→ 洗滌→鈍化

作為試驗(yàn)樣本，在加工產(chǎn)品期間，一邊加工，一邊針對加工過程中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行現(xiàn)場解決。并做好各種加工數(shù)據(jù)和加工方法的記錄，為隨時(shí)更改工藝路線做好準(zhǔn)備。

杯形墊圈是薄壁件，壁厚最薄處的中間值為0.8mm，寬度為9mm（見圖1）。在研制過程中，按照上述兩種加工方法，零件表面都會(huì)發(fā)生翹曲變形，均達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。由此看出，這兩種工藝路線和工藝方法還存在著不完善、不合理的地方，所以為了加工出符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品就必須尋求一種解決零件在加工中出現(xiàn)變形問題的最佳途徑。

零件從毛坯經(jīng)粗加工、半精加工這幾道工序后，都沒有產(chǎn)生零件的變形問題。但是在精車并切斷時(shí)，加工下來的零件明顯變形。零件表面成碟狀，中間低，外端面翹起，經(jīng)過自然釋放應(yīng)力后，零件的平面度仍在0.1-0.5mm之間。為解決此問題，在車加工中端面留有少許余量，增加磨加工工序。由于材料是不銹鋼，不具有磁性，在圓盤上吸不住，所以設(shè)計(jì)了自制夾具。在設(shè)計(jì)自制夾具的過程中，充分考慮到零件為薄壁件，就做了一個(gè)胎具，把零件裝入自制夾具中，以內(nèi)孔為配合面，輔助支撐小端面，用小螺釘從六點(diǎn)均勻的壓緊小外圓的側(cè)面，磨大端面。在加工中，由于零件在轉(zhuǎn)，砂輪一次只能磨著大端面的一小部分，又有擠壓力，造成零件受力不均。經(jīng)多次試驗(yàn)，磨出來的零件端面厚度還是不均勻，零件的平面度還是不符合設(shè)計(jì)要求。至此，磨加工根本解決不了問題。另外，在銑加工外型面時(shí)，由于零件已經(jīng)變形很嚴(yán)重，端面已經(jīng)不平，再以端面為基準(zhǔn)，壓緊另一面，零件處于翹曲狀態(tài)。一是接觸面不好，二是壓緊后加工出來的零件反彈性更大，平行度和跳動(dòng)根本滿足不了設(shè)計(jì)的要求，所以為防止再度變形，把銑加工變成線切割加工，減少零件的變形量。總之，增加磨工序，或是把銑加工變成線切割加工，都是由于零件在切斷時(shí)就已經(jīng)變形。經(jīng)過加工者多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，零件切下來后馬上變形，經(jīng)自然應(yīng)力釋放后，部分零件的翹曲度不大，所以切斷時(shí)零件的表面應(yīng)力是使零件變形的主要因素。這就要在車加工時(shí)就把問題最小化。

綜上所述，零件在切下來后就變形，是因?yàn)榱慵⊥鈭A處壁薄，大外圓處壁厚，切零件時(shí)散熱不均，最終導(dǎo)致加工下來的零件變成碟狀。所以，在加工精車型面并切斷這道工序時(shí)：

1選用的刀具材料為YW2（鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金），適合于加工不銹鋼的材料。

2加工中轉(zhuǎn)速要低（≤160r/min），刀具要快，進(jìn)給量要小，以防止切削速度增加時(shí) ，切削溫度隨之增加，零件表面的殘余應(yīng)力變大，造成零件的變形量增大。

3此工序分6個(gè)工步，如下：

粗車：按圖樣車加工外圓各尺寸，單邊留余量0.2-0.3mm（等零件自然冷卻后再進(jìn)行精加工）

半精加工：加工圖樣中的各尺寸1、2、3、4、5、6、7、8，其中 2、3、4、6、7、8單邊留余量 0.1mm

切外圓：按圖樣切外圓，尺寸至ф128mm，保證尺寸9

切內(nèi)圓：按圖樣切內(nèi)圓，尺寸至ф120mm（等零件自然冷卻后再進(jìn)行下一步）

精加工：車加工尺寸2、3、4、6、7、8

切斷（見圖2）

4加工20工序：車端面及倒角（見圖3）所用工裝3B312-2692，此夾具為4點(diǎn)壓緊，壓緊力要均勻。此工序分為兩個(gè)工步：以A、B為基準(zhǔn)，壓緊C，按圖樣I加工1、2、3；壓緊 D松開C，按圖樣II加工，保證尺寸1.5-0.1，允許有接刀痕，不大余0.02mm。（接刀處用砂紙打磨平，分為兩個(gè)工步的原因：零件壁薄，定位基準(zhǔn)和車加工表面窄小；在線切割工序中接刀痕可加工掉）

5增加鉆孔工序：為了方便線切割加工工序，在零件Ф136的圓上任意處鉆個(gè)Ф3的工藝定位孔。這樣，線切割加工時(shí)就不用再另派工裝，既節(jié)省了費(fèi)用，工藝孔也會(huì)在切割加工時(shí)被加工掉。

至此，經(jīng)過加工者的多次試驗(yàn)和工藝規(guī)程的逐步完善，最終制定出了一套行之有效的工藝路線和工藝方法。如下所示：

毛料→粗車基準(zhǔn)面→粗車另一端面、外圓及內(nèi)孔→精車型面并切斷→車端面及倒角→鉆孔→去毛刺→線切割→拋光→洗滌→最終檢驗(yàn)洗滌→鈍化

一種產(chǎn)品從提出方案到最后定型，不可能輕而易舉地完成。它必須經(jīng)過反復(fù)的論證，不斷的完善，最終才能形成合格的產(chǎn)品。杯形墊圈從最初的試制加工，到發(fā)現(xiàn)問題，然后針對問題產(chǎn)生的原因，進(jìn)行分析、探討和研究，最后提出解決方案。再進(jìn)行試加工，一直到加工工藝的成功定型，生產(chǎn)出合格的零件，整個(gè)過程都是有秩、有序、有步驟的進(jìn)行。該零件的成功為今后相似結(jié)構(gòu)的零件加工起到了一個(gè)很好的借鑒作用。

[1]《機(jī)械加工手冊》【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社

[2]《工程材料實(shí)用手冊》【M】.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社

[3]《航空材料手冊》【M】.北京：國防工業(yè)出版社