淺談某薄壁襯套加工工藝的改進方法

李杰，趙德滿

(中航工業長沙中傳機械有限公司，湖南長沙410200)

薄壁襯套(壁厚小于3 mm)廣泛應用在直升機上，是直升機上的一個重要零件，其加工質量關系著直升機性能的發揮。襯套類零件內外圓、端面的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度，是此類零件的主要技術要求(見圖1)，是加工要解決的主要問題。用于直升機上的襯套類零件大部分為鋁合金材料，鋁材質量輕、剛性不足、易變形且只能車削加工，不能采用磨削工藝。因此，該類零件加工時通常以內孔、端面定位，或者使用專用芯棒夾具。一般來說，車削加工先車內孔，再以內孔、端面定位，插入芯棒裝夾工件，再車外圓，這樣符合基準重合、統一的原則。

圖1 襯套結構及技術要求圖

1 工藝改進過程

該零件首次加工采用的是常規工藝，即先加工內孔再以內孔、端面定位加工外圓。用常規方法加工出來的零件，變形較大，內外圓橢圓度較大，尺寸和同心度無法保證。

襯套原加工工藝共4 道工序:粗車外圓、內孔→粗車內孔、端面→時效處理→精車內孔、端面→精車外圓、端面→表面處理→檢驗。

分析原工藝存在以下問題:

(1)精車內孔和精車外圓由兩道工序完成，有兩次裝夾，存在安裝誤差，難以保證較高的內外圓同心度要求;

(2)精車內孔時采用三爪夾緊外圓，裝夾時在三爪徑向力作用下，使零件產生彈性變形。

(3)精車外圓時，穿芯棒用內孔定位壓緊右端面。該壓緊面小，裝夾時在壓緊力作用下使零件產生變形。

針對上述問題，作者重新對該零件進行工藝分析，決定在車削該襯套內孔時為了保證內外圓同心度要求，采用“一刀下”的方法，即粗車外圓、端面、內孔，再精車外圓、端面、內孔，使內外圓加工在一次裝夾中完成，可有效消除安裝定位誤差。因此，在工藝上增加工藝夾頭，方便襯套一次裝夾加工，同時避免了三爪產生的夾緊力直接作用于零件上，減少了零件產生的夾緊變形，也省去了精車時的工裝夾具。

新工藝流程如下:粗車→粗車→時效處理(去應力)→精車→切斷→表面處理→檢驗。精車工序如圖2所示。

圖2 襯套精車工序圖

采用該新工藝加工一批零件，在精加工完成后，零件略有變形，但檢查各尺寸及技術要求均在合格范圍內。再進行切斷工序后，發現零件變形較大，特別在相對切斷處的另一端變形更大，檢查尺寸和技術要求又不合格了。對其進行原因分析，得出如下結論:

(1)從襯套結構圖(圖1)中看出襯套壁薄約3 mm，每一次切削由于應力釋放，造成應力變形。

(2)精加工余量較多，單邊達1.5 mm，受主切削力擠壓作用產生了零件變形。

(3)采用了軟爪夾緊的方式，零件產生了夾緊變形。

(4)切斷處余量較多，切斷瞬間產生較大應力，引起零件變形，特別是離切斷遠端處變形更大。

根據第一次工藝改進后出現的新問題，作者又重新對該零件進行了工藝分析，在第一次工藝改進的基礎上再次對工藝進行了調整，決定增加一道半精加工工序和去應力工序。半精加工工序，每次車削余量控制在0.5 mm 左右，給精加工零件留余量單邊0.25 mm，切斷處留余量2 mm 左右，這樣可以使加工應力進一步得到釋放，減小精加工時的切削力;半精加工后的去應力工序，可進一步釋放零件加工中的殘余應力，為后續的精加工打下基礎(見圖3)。新工藝流程如下:粗車→粗車→時效處理(去應力)→半精車→時效處理(去應力)→精車→切斷→表面處理→檢驗。

圖3 襯套半精車工序圖

同時，在精車工序，改變了零件的裝夾方式，改用內孔定位，端面支靠、壓緊的方式，這樣可以有效地避免因三爪夾緊而使零件產生的變形(見圖4)。另外，在精車、半精車工序的車削刀具上，選用前角γ0=25° ～30°、后角α0= 10° ～12°、主偏角κr=45° ～90°、負偏角κ'r=10° ～15°的刀具;切削參數選用進給量0.1 mm/r，切削深度0.05 ～0.1 mm，切削速度120 m/min。這有效減小了徑向切削力，防止了切削力擠壓零件產生的應力變形，也提高了零件的表面加工質量。

圖4 襯套精車工序圖

采用第二次改進的工藝加工了一小批零件，在切斷工序后進行了尺寸和技術要求檢查，均達到了圖紙要求。

2 改進效果

如上所述，第二次改進的工藝雖然在工序上比第一次的多了兩道工序，多了一套工裝夾具，但加工精度得到了提高，加工質量得到了控制，達到了一次裝夾、一次加工的效果，有效控制了零件的加工變形，保證了零件的加工質量，提高了產品的合格率，降低了生產成本。

3 結束語

通過改進這種薄壁襯套的加工工藝，零件質量的穩定性得到了很大的改善，達到了預期的目的，同時也驗證了薄壁襯套類零件在實際加工中受影響最大的還是加工應力變形。因此，對于此類薄壁襯套零件的加工，主要是從如何有效消除其應力變形方面進行考慮，合理安排工藝路線，對于這種長徑比小于5 倍的薄壁襯套，盡量采用“一刀下”的工藝方法。同時，還要設計合適的工裝夾具、合理裝夾零件以及合理選擇切削刀具和切削參數。