高溫合金薄壁零件加工工藝研究

摘 要：高溫合金材以其良好的工藝性廣泛使用在航空等各個(gè)領(lǐng)域，但材料本身的組織結(jié)構(gòu)，決定其必然在材料切削領(lǐng)域中極具有挑戰(zhàn)性的。文章就GE航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部典型高溫合金薄壁系列零件：如鎳基合金軸承轉(zhuǎn)子封嚴(yán)圈系列零件的加工工藝進(jìn)行深入的研究

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工工藝；鎳基高溫合金；薄壁

本論文內(nèi)容主要包含以下兩個(gè)部分：

（1）概述部分：介紹GE公司軸承后旋轉(zhuǎn)密封件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝難點(diǎn)；（2）工藝路線及機(jī)械加工：針對(duì)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工難點(diǎn)論述零件加工工藝和機(jī)械加工過程；

1 GE典型航空薄壁零件結(jié)構(gòu)分析

高溫合金材合金材料在各種系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)廣泛使用，其輕質(zhì)量化及大推重比，決定發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件需盡量采用薄壁零件，尤其是高溫合金零件。本文就GE航空發(fā)動(dòng)機(jī)部分典型薄壁零件進(jìn)行深入分析。

1.1 典型零件軸承轉(zhuǎn)子封嚴(yán)圈

1.2 零件材料及特點(diǎn)

1.2.1 鎳基高溫合金

鎳基高溫合金是以鎳為基體在650-1000°C范圍內(nèi)，正是由于鎳基高溫合金特點(diǎn)，其材料被大量用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的高溫下長(zhǎng)期工作的發(fā)動(dòng)機(jī)零件。

1.2.2 工藝難點(diǎn)

該系列零件為薄壁零件，車加工時(shí)，零件大端止口及小端圓跳容易變形，銑加工時(shí)，零件輪廓度超差，不容易合格，熱噴涂后，零件小端圓跳超差。研制時(shí)遇到的具體問題如下：

（1）精車小端工序，精車內(nèi)外圓時(shí)，由于內(nèi)應(yīng)力的釋放，造成大端基準(zhǔn)平面度及圓度狀態(tài)較差，于是，小端外圓加工完成后跳動(dòng)超差嚴(yán)重，一次加工不合格率在80%以上。

（2）銑加工花工序，花邊壁厚為2.54mm，數(shù)量為24-28處，輪廓度要求相對(duì)A，B，C基準(zhǔn)不大于0.25mm，技術(shù)條件嚴(yán)格，一次加工不合格率達(dá)50%以上。

（3）修基準(zhǔn)工序，大端基準(zhǔn)圓度尺寸超差嚴(yán)重，不合格率約占20%，由于基準(zhǔn)圓度超差，導(dǎo)致最終機(jī)加工序-修基準(zhǔn)時(shí)找正困難，部分零件已無余量修基準(zhǔn)。

（4）車涂層工序，熱噴涂造成發(fā)生變形嚴(yán)重，導(dǎo)致車削后涂層的跳動(dòng)超差嚴(yán)重，即使在約束條件下，不合格率也在50%以上。

2 加工工藝研究

2.1 工裝和刀具選擇

工裝：工裝的好壞直接決定零件的加工精度，尤其對(duì)于高溫合金薄壁類零件，于是選擇合適的工裝至關(guān)重要。針對(duì)高溫合金薄壁件加易變形的特點(diǎn)，就以下幾個(gè)方面對(duì)工裝進(jìn)行了考慮：

（1）結(jié)構(gòu)剛性。工裝本身要具有足夠的剛性，確保零件裝夾后能夠承受足夠的切削力，不能存在加工中的零件竄動(dòng)，且必須有輔助支撐部件，在不存在過定位的情況下，盡可能的支承住零件易變形位置。

（2）結(jié)構(gòu)靈活性。便于裝夾，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，拆卸方便，尤其時(shí)具有有輔助支承的夾具，常常需要在加工中進(jìn)行裝卸，為降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工效率，需要設(shè)計(jì)輕便快捷的輔助支承模塊。

刀具：鎳基高溫合金是一種難切削材料，在加工中這兩種材料很容易產(chǎn)生親和，因此應(yīng)選用涂有相對(duì)耐磨涂層的刀具，防止在切削中，刀具磨損過快，而造成零件表皮硬化，尺寸超差。

2.2 工藝路線

由于零件整體結(jié)構(gòu)為薄壁環(huán)形件，極易變形，故考慮車加工應(yīng)考慮粗精分開，車加工完成后進(jìn)行銑加工，而后對(duì)零件進(jìn)行修零件基準(zhǔn)，然后進(jìn)行噴涂，最后安排車削涂層。

2.3 車加工的攻關(guān)

針對(duì)制定好的工藝路線，對(duì)車加工進(jìn)行了研制攻關(guān)：

研制初期零件余量安排：粗加工余量為4.5-8mm，半精加工單邊余量為2mm，精加工單邊余量為1mm。

研制初期零件加工方法：

（1）粗加工，采取四爪卡盤夾緊零件，直接用焊接刀進(jìn)行去除余量。

（2）半精加工：采用數(shù)控臥車進(jìn)行車削，機(jī)夾刀片去除零件余量。

（3）精加工：采用數(shù)控臥車進(jìn)行車削，機(jī)夾球刀片去除零件余量。

研制初期所遇到的問題：

（1）精車小端工序，精車內(nèi)外圓時(shí)，由于內(nèi)應(yīng)力的釋放，造成大端基準(zhǔn)平面度及圓度狀態(tài)較差，于是，小端外圓加工完成后跳動(dòng)超差嚴(yán)重，小端內(nèi)圓跳動(dòng)要求0.05mm，加工后實(shí)際為0.12mm，外圓跳動(dòng)要求0.10mm，加工后實(shí)際為0.12mm。

（2）修基準(zhǔn)工序，大端基準(zhǔn)圓度尺寸超差嚴(yán)重，加工余量為0.254mm，但零件本身噴涂后基準(zhǔn)跳動(dòng)為0.2mm，最小余量處理論上只有0.05mm，但零件基準(zhǔn)A平面度為0.1mm，零件夾緊及松開時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定的變化，保證基準(zhǔn)±0.025mm的公差十分困難。

拆分零件的加工工序，將銑花邊及銑加強(qiáng)筋分為兩道工序。

夾具方面：自制銑加工夾具，加工時(shí)，零件的大端向上：通過以上方法解決了，因刀桿過長(zhǎng)問題，導(dǎo)致加工時(shí)，刀具震動(dòng)，刀具打刀的現(xiàn)象。同時(shí)在加工時(shí)發(fā)現(xiàn)另一問題，加工時(shí)，零件僅有止口定位，無法將零件固定住，加工時(shí)存在零件竄動(dòng)現(xiàn)象，這樣我們做了兩組銷子及在夾具上鉆孔。

3 加工工藝總結(jié)和推廣

此次對(duì)高溫合金零薄壁件的加工工藝方法的一次改進(jìn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了一些高溫合金零薄壁件的加工工藝方法，如何合理安排零件工藝路線，選用合適的工裝，選用合適刀具進(jìn)行加工，安排合理的走刀路線；除此之外，也對(duì)刀具對(duì)零件加工中應(yīng)用的重要性有所認(rèn)識(shí)，這些方法和措施也會(huì)推廣到GE公司其它的高溫合金薄壁零件的研制中去，不斷摸索與創(chuàng)新。

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