高精密封嚴圈加工工藝研究

楊 琢 曹 琳 張宏升

（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）

1 零件結構及加工概述

1.1 零件結構

高精密軸承封嚴圈的材質為高溫合金Inco718（對應國內高鉻4169），最大外徑尺寸φ380mm，高129.4mm，型面壁厚1.524mm，零件的斜面都是有空間的斜面點構成。零件基準端面均布有17處槽及28個孔，小端端面有12個孔，零件大端由的薄壁封嚴槽構成。

1.2 工藝難點

該零件從設計圖紙進行工藝分析，從機械加工、涂層加工和空間斜面點檢測三個方面對加工難點進行論述。

1.2.1機械加工難點

基準B直徑尺寸：φ287.899±0.038，且在基準B上銑加工17個槽，小端配合基準φ128.524±0.025，且對于基準 A、B 的跳動在0.05mm之內；高精密封嚴槽：槽外直徑φ377.596±0.025，槽寬 1.651±0.025、槽深 4.45±0.127、槽內對基準A、B的跳動要求為0.05mm并且槽底為理論R轉接。

1.2.2涂層的加工難點

零件涂層尺寸：φ79.197±0.025（中間為涂層，兩端為零件基體），且涂層全跳動對于基準A、B為0.05mm。

1.2.3空間斜面點檢測的難點

高精密軸承封嚴圈的斜面均不是等厚，在斜面有4處連接部位的壁厚2側均增厚3°-5°，而這3°-5°斜度的壁厚在加工個過程中可以通過程序來控制，但怎樣來檢測這3°-5°斜度的壁厚。

圖1-1 零件截面

2 加工工藝研究

零件車加工的工藝路線：由于考慮到零件深腔的深度為53.5mm且零件的壁厚只有1.524mm，如果一道工序直接將深腔車加工完成，那零件的變形將可能直接導致零件的報廢，故零件車加工工藝路線分為：粗車-半精車-精車路線來完成零件的加工，粗車給半精車留1.2-2mm的余量，半精車給精車留0.7-1mm的余量。

2.1 車加工的研制

半精車工序需將零件深腔（53.5mm）加工完成，形成深腔兩個側面的夾角只有52°。造成加工零件深腔過程中只能使用球刀刀片進行加工，且刀柄為直柄，但球刀切削零件易在深腔底R部位產生刀具振紋，為避免振紋的產生，采用循環程序加工零件，循環程序可在加工過程中保證零件的切削量一致（每刀的上刀量0.5mm－Max），這樣就可以避免刀具切削量不一致造成刀具的讓刀，并減少振紋的產生。通過加工參數合理選擇，減少球刀在深腔轉接R處的受力：通過零件切削線速度恒定來解決振紋問題，零件越接近R部位，零件的線速度越低，轉速越慢。

精車工序：零件直徑基準B（φ287.899±0.038）、平面基準A，必須先精車完成，再加工端面、小端直徑、內孔、深腔等尺寸，才能保證以上部位對于基準A、B的技術條件，但基準A、B在后工序還需銑開17個槽，銑槽造成基準A、B變形，而變形量易造成以上尺寸對于基準A、B的技術條件超差。如果先精車其它尺寸再加工基準，通過其它尺寸反保證基準A、B，工序其它直徑尺寸經過尺寸鏈的換算公差由原來的0.254mm變為0.0125mm，在工序中這樣的直徑就很難保證。只有通過減小銑加工過程中基準A、B的變形來解決其它部位對于基準A、B的技術條件的問題。

零件在基準A、B上銑開17個槽，且每個槽銑加工深度為5.38mm，首先，槽的深度5.38mm采用分層方法加工；其次，通過現場的試加工：走刀方式由外向內的走刀方式造成基準B的變化量為0-0.02mm，而由內向外的走刀方式造成基準B的變化為：0-0.05mm，以銑加工的走刀方式來控制基準銑加工后的變化量，并在工藝中通過轉換零件基準，將基準B轉換到外圓基準H，這樣就可以在機床上直接檢測零件小端的跳動。且在工藝文件中規定，在加工小端配合基準前，必須重新找正基準H。

2.2 銑加工的研制

零件復雜型面的銑加工，該部位加工必須采用5軸聯動銑加工的方式進行，零件斜面為加強的強度，在斜面底部連接部位，壁厚兩側均增厚3°的壁厚，而這型面3°的偏差，造成銑加工3°型面的過程中易造成刀具與其它斜面過切，為保證零件車加工與銑加工的銜接，且不造成銑加工產生的過切，在銑加工斜面部位，需反復的進行調試零件銑加工驅動曲面的百分比，來保證零件銑加工與車加工完全的銜接。

2.3 高精密封嚴槽的加工

該零件最難的瓶頸是封嚴槽的加工，其設計要求：槽外直徑 φ377.596±0.025，槽寬 1.651±0.025、槽深4.45±0.127、槽內對基準 A、B的跳動要求為0.05mm并且槽底為理論R轉接。由于零件封嚴槽的設計要求極為嚴格，要想保證零件的設計要求，應從以下幾個方面保證：

工裝夾具：夾具的技術條件極大影響了零件的加工精度，夾具定位面的平面度在0.01mm、夾具定位圓基準的圓度0.01mm、夾具輔助基準的平面度在0.01mm以內，將零件壓緊部位由基準A更改為零件平面，這樣能大大消除槽深淺的變形，使槽寬變化量在0.015mm以內（局部變形）。

刀具的選擇：加工封嚴槽必須先使用切槽刀粗開槽，再使用R型刀具精車槽，粗開槽使用1.5mm切槽刀進行加工，既可避免將槽車偏又可以避免刀具加工后槽的局部變形造成直徑φ377.596±0.025超差，并將精車槽刀具作以更改：使用寬1.62mm的篦齒刀精加工。通過此次的加工驗證，槽雖然還存在一定變型，但封嚴槽的變化量在公差的合格范圍內。

3 零件涂層的加工

零件涂層的加工：涂層尺寸要求φ79.197±0.025，涂層跳動對于基準 A、B：0.05mm，由于涂層前后兩端加工后必須漏出金屬基體，刀具的選擇對零件質量有極大的影響。由于加工零件的內孔φ79.197±0.025，要避免刀具與零件干涉刀具的后角必須大于30°，在試驗刀具加工的過程中，采用鋒利的偏刀對涂層部位進行加工，在涂層與金屬連接的部位產生局部涂層脫漏，由于偏刀太過鋒利，造成涂層與金屬連接部位膠體脫漏，經過現場的試驗最終選定刀具為：R0.Ol-22AC01F060 1020來加工零件涂層。零件試驗件的加工方式是采用直接進刀的加工方式，但由于涂層部位尺寸要求φ79.197±0.025公差嚴，基體與涂層不能同時保證在合格范圍內，需采用前后兩種的走道方式，先將零件基體部位的尺寸加工合格，再加工涂層部位，采用此方式加工零件既可保證零件加工尺寸要求，又可避免涂層與金屬連接部位的膠體脫落。

4 斜面空間壁厚的檢測

高精密軸承封嚴圈的斜面均不是等厚，在斜面有4處連接部位的壁厚2側均增厚3°-5°，而這3°-5°斜度的壁厚在加工過程中可以通過程序來控制，但怎樣來檢測這3°-5°斜度的壁厚。首先，在軸向與徑向上找到斜面外側需檢測的一點；其次，再通過這一點引出與零件正常壁厚成90°方向上的一條線，再通過這條線與另外一側所求型面形成直線焦點的距離。在實際的檢測過程中，上述的檢測不能夠通過三坐標測量機直接實現，必須通過三坐標測量機掃描零件兩個型面，再將型面導入電腦中，通過UG模型擬合來檢測零件斜面的壁厚。

[1]西門子編程教程.

[2]金屬切削手冊.技術中心金屬研究室.

[3]機械零件設計手冊[M].北京：機械工業出版社.

[4]金屬切削技術指南.山特維克可樂滿.