細長軸加工工藝研究

朱德生 何東敏 魏曉麗

(中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)

引言

零件S-261907（詳見圖1）屬于細長軸類零件，主要其連接作用，長度為3078mm，其內孔粗糙度要求為Ra1.6μm,同時零件的技術條件要求也極其嚴格。該零件雖然結構相對簡單，但是由于零件過長，加之材料為INCONEL718(高溫合金)，為難切削材料，而且，零件的毛料為實心棒料，在鉆孔后，去除余量較多，容易引起局部變形，因此對零件的變形控制為本零件的加工難點。另外，零件太長，在鉆孔時，零件的同軸度也難以保證。

圖1

1 分析零件圖及加工難點

加工技術難點：

根據零件圖的特點，在加工過程中主要遇到以下難點：

a細長軸的加工工藝；

b保證零件的尺寸和技術要求。

2 確定工藝路線

根據零件圖確定細長軸的工藝路線如下：0毛料圖表→J5毛料檢查→10車一端外圓基準→20車加工找正帶→25車坡口→30鉆孔→35修找正帶→40擴孔→45修找正帶→50擴孔→55粗珩內孔→60半精車外圓→65精珩內孔→70精車外圓→J75最終檢驗

3 零件的研制加工

3.1 車加工找正帶與找正

車加工找正帶時一夾一頂，中間不使用任何支撐，這樣做的風險就是由于零件過長，中間有可能出現“塌腰”的現象。但是通過實踐，并沒有出現零件“塌腰”的現象。找正帶車加工完成后，在機床上對三處找正帶打表檢查，其跳動都在0.02mm以內，滿足了在深孔鉆鏜床上加工的要求。

3.2 鉆孔

在鉆孔之前發現零件的直徑小于深孔鉆鏜床的四爪卡盤內孔的直徑，因為在鉆孔時軸向力很大，若零件的軸向沒有約束僅靠卡盤夾緊，加工中零件有可能移動，為此，制作一個夾緊套，來避免此現象的發生。

根據刀具手冊的參數，開始鉆孔，初步將參數設定為轉速112r/min,進給20mm/min。由于工件材料為INCO718，韌性和強度都很大，同時機床的功率也不是高，所以，在加工過程中出現了很大的噪聲，而且還出現了悶車的現象。這時對加工參數進行調整，先是提高了轉速，將轉速調至160r/min，將進給調至14mm/mim。因為轉速過高，出現了“磨刀”的現象，刀具后角磨損嚴重，刀片的壽命急劇縮短。繼續調整加工參數，轉速調至112r/min，進給調至10mm/min，這時，切削過程基本流暢。

雖然找到了合適的切削參數，但是，刀片磨損仍然很嚴重，基本上每切削300mm就需要換一次刀片，這樣增加了刀具成本。分析原因，個人認為機床性能與刀片的性能沒有吻合，即機床達不到刀片規定的切削速度，刀具在使用非額定的切削參數切削時，其磨損遠大于額定的參數切削。

3.3 鉆孔總結

在鉆孔的過程中，由于刀片在孔內，無法觀察其磨損情況，但可以通過切屑的質量可以判斷刀片的磨損情況，加工過程中用手感覺刀桿的震動情況，通常情況下，若刀桿的震動情況加大，切屑也翹起了花邊，就應該及時更換刀片，否則有可能損傷刀體。

3.4 擴孔

將零件裝夾到深孔鉆的過程中，零件中間部分跳動達到 0.8mm，分析原因：零件在鉆孔時去除余量較大，產生了極大的應力，零件從深孔鉆卸下之后，零件開始釋放應力，導致了零件的變形。為此，在擴孔之前又重新車加工了找正帶，保證在上深孔鉆之前3處找正帶同心，在車加工找正帶過程中上刀量不能過大，否則會頂彎零件。重新將找正帶車到跳動不大于0.02mm后，進行擴孔。在擴孔過程中，機床經常出現刺耳的聲音，同時，刀體上的導向塊磨損很快，嚴重的時候導向塊會磨碎，只能調換方向或安裝新的導向塊。雖然能進行擴孔工作，但是極大的增加了加工成本。

導向塊磨損的原因主要是刀片車出的孔徑小于導向塊的直徑，導向塊與零件形成過渡配合。因為在一面刀刃磨損后，刀片的尺寸就已經減小，在將該面刀刃旋轉到與刀體接觸的時候，雖然在裝夾的時候，刀片的位子在正常位子，但是當切削時，切削力會把刀體擠向刀體的圓心方向，由于與刀體接觸的刃面已經磨損，所以，刀片發生了讓刀現象，鉆出來的孔就會較實際設定的直徑小，導向塊會與零件的內壁發生嚴重的摩擦，行程工件系統機械的震動和噪聲。

在第一次擴孔后，對零件的壁厚差進行了檢查，已經下降到了0.3mm，可以說反復擴孔將會減少壁厚差。但是在第二次擴孔之前，同樣需要重新車加工找正帶，這次修正，同時要修正坡口，因為第二次擴孔時，將從與鉆孔方向相同的的一端進行加工。在第二次擴孔時，將內孔加工到了75.9mm，這與零件的內孔的最終尺寸還有0.3mm的余量。

3.5 珩磨

珩磨細長軸，在黎明公司是第一次，該設備是進口的設備，此前也沒有珩磨的經驗，只在安裝調試設備時廠家對我們進行了培訓，加工零件的時候我們只能根據廠家提供的參數進行，珩磨頭轉速為230r/min，進給10～15mm/min，負載10%～12%，，由于珩磨機的工作行程為2米，所以，我們從兩端對長軸進行了珩磨，在珩磨過程中需要掉頭進行二次裝夾。珩磨頭、珩磨桿和機床之間是由兩個萬向節進行連接，珩磨頭在零件的內孔內會沿著內孔的方向行進，只要將零件夾緊后固定即可，不用進行找正。珩磨去除的余量小，且屬于精加工設備，而且精車外圓后零件可能變形，所以第一次珩磨的時候只去掉了0.15mm的余量。

在精車外圓后，再將內孔珩磨到圖紙要求的尺寸。當要求去除的余量較大的時候，可以換粗糙的油石進行加工。珩磨后的表面遠遠的高于圖紙表面的質量要求，最終表面質量達到了Ra0.04μm。

此項工作，填補了黎明公司珩磨長軸零件的空白，為今后珩磨加工提供了寶貴的經驗。

結論

細長軸的加工是機械加工的難點，細長孔的加工更是難上加難，在加工過程中，如何控制零件變形是需要克服的主要難題。在加工該零件的過程中我們借助了一些專用設備，如數控深孔鉆鏜床、珩磨機等，尤其是珩磨機，在我公司是第一次珩磨深孔，填補了黎明公司的空白。深孔鉆方面，尤其是深孔鉆的刀具調整，減少了加工成本，也提高了加工效率，在工裝方面，我們自制了一些夾緊套和錐度套，來滿足加工需要。總的來說，在細長軸的加工過程中我們積累了一些經驗，在今后的工作中還需繼續完善和提到，為軸類零件的加工提供有力保障。

[1]藺啟恒.金屬切削實用刀具技術[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]袁鋒.數控車床培訓教程[M].北京:機械工業出版社，2004.

[3]余輝.旋轉鉆柱構件規范[M].北京：中國兵器工業企業管理協會翻譯出版，2004.