薄壁筒軸的工藝研究

（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）

薄壁筒軸的工藝研究

鄭琪然 文國軍 時(shí) 旭

（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）

筒軸為薄壁件，整個(gè)型面厚度不超過2mm，剛性差。該件材料為高溫合金，硬度高，在小端有花邊、槽，需要進(jìn)行大量銑加工，進(jìn)一步加大筒軸的變形。同時(shí)尺寸和形位公差要求嚴(yán)格，在工藝制造過程中難以加工保證。因此需要制定合理的加工路線及加工方法，設(shè)計(jì)專用減小變形的車床、鏜床、銑床夾具，選擇恰當(dāng)?shù)牡毒呒凹庸?shù)，以減少工件的變形，保證工件的加工質(zhì)量。該工件的合格交付不僅保證了設(shè)計(jì)要求，也為今后同類型件的加工積累了經(jīng)驗(yàn)。

筒軸；薄壁；高溫合金；加工變形

薄壁筒軸壁薄，中段壁厚為2，大端錐面壁厚僅1.8，整個(gè)結(jié)構(gòu)剛性差，容易振刀。工件各尺寸精度要求高，大小端內(nèi)孔外圓尺寸、端面小孔直徑技術(shù)條件要求嚴(yán)格，如外圓圓柱度僅0.016，小端小孔對小端端面和外圓的位置度僅0.04，小端端面對大端端面和大端外圓全跳動(dòng)僅0.016等，在機(jī)加制造過程中都難以保證。在小端有花邊、端面槽等，因此精車后還需要進(jìn)行大量的銑加工，極有可能造成工件變形。筒軸材料為高溫合金，硬度高，可切削性差，這些都為保證工件加工質(zhì)量帶來困難。在實(shí)際加工中，制定了合理的加工路線，設(shè)計(jì)了一套車床夾具，兩套同時(shí)用于鏜床和銑床的夾具，并優(yōu)化切削參數(shù)，采用低轉(zhuǎn)速小進(jìn)給加工，最終滿足了設(shè)計(jì)要求。

1 制定工藝前準(zhǔn)備

筒軸材料為高溫合金，薄壁件，技術(shù)條件多，精度要求高，很多技術(shù)條件都在0.015～0.025之間。中段壁厚為2，大端錐面壁厚僅1.8，大小端面均均布有小孔，孔位置度均為0.04，小端外圓和小端內(nèi)端面內(nèi)圓對應(yīng)分布有10處花邊，精度要求高，加工很難保證。筒軸三維示意圖如（圖1）。

2 主要加工過程控制

2.1 內(nèi)外型面的加工

內(nèi)外型面為錐面，壁薄，中段壁厚為2，大端錐面壁厚僅1.8 ，尺寸多，工件薄壁精度比較高，多項(xiàng)技術(shù)條件要求比較嚴(yán)，壁薄易變形，加工很難保證。因?yàn)橥草S壁薄，必須考慮控制變形。經(jīng)研究，從工藝路線上安排兩次消除應(yīng)力熱處理，減小機(jī)加應(yīng)力對變形的影響；研究裝夾方案，盡可能減少精車內(nèi)外型面時(shí)裝夾引起的變形。同時(shí)選擇合適的切削刀具、優(yōu)化切削參數(shù)，控制工件變形。

2.1.1 工藝路線對變形的控制

因?yàn)橥草S屬于薄壁件，在開始制定工藝路線時(shí)就必須考慮控制變形。筒軸材料為高溫合金，加工時(shí)候切削力大，容易累積較大的機(jī)加應(yīng)力，為了最大限度減小機(jī)加應(yīng)力對變形的影響，工藝路線安排了兩次消除應(yīng)力熱處理：經(jīng)過車超聲波面粗車后進(jìn)行第一次消除應(yīng)力熱處理，消除前幾道工序累積的應(yīng)力；在半精車后再進(jìn)行一次消除應(yīng)力熱處理，釋放工件中所累積的機(jī)加應(yīng)力，控制精車時(shí)機(jī)加應(yīng)力對工件變形的影響。

工件壁厚不到2mm，為保證該尺寸的加工精度，將內(nèi)外型面在同一工序中加工，減少重復(fù)裝夾對各尺寸精度的影響。同時(shí)由于是一次加工完成內(nèi)外型面，相關(guān)的技術(shù)條件也得到了保證。

2.1.2 修復(fù)小端基準(zhǔn)

在第二次消除應(yīng)力熱處理之后，修復(fù)小端基準(zhǔn)。加工前找正夾具配合端面跳動(dòng)不大于0.01。以大端端面和外圓為基準(zhǔn)，壓緊大端內(nèi)端面，漲緊內(nèi)型面。在外型面靠工件中間位置上加工出環(huán)形找正帶，以便下工序精車內(nèi)外型面找正用。

2.1.3 精車內(nèi)外型面

為了控制工件壁厚差，同時(shí)保證各技術(shù)條件的要求，在修復(fù)小端基準(zhǔn)后，一次加工內(nèi)外型面和端面。為了減少機(jī)加力對工件變形的影響，設(shè)計(jì)了專用的精車夾具。采用該套夾具加工工件，工件被充分支撐，變形得到了有效控制。加工后的工件表面基本無振紋，滿足設(shè)計(jì)圖紙對工件尺寸精度和技術(shù)條件的要求。

2.2 鏜孔、銑削加工

工件大端端面有孔、槽，大端外圓有缺口，在加工大端時(shí)，為防止刀具鉆削力使工件大端變形，因此設(shè)計(jì)了專用工裝，減少工件變形。采用快換裝置可使夾具可在不拆卸壓板螺母的情況下快速更換工件，方便現(xiàn)場加工。

圖1 筒軸三維示意圖

小端均布有小孔，端面有槽，外圓有花邊，在小端內(nèi)端面上還均布有小孔，內(nèi)端面內(nèi)側(cè)有花邊。由于加工余量大，且既有鉆鏜加工，又有銑加工，因此需要對小端進(jìn)行充分支撐，以較少振刀，控制工件變形。由于工件大端在下，小端在上，因此需要設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的夾具。利用該工裝加工的工件，加工效率高，表面質(zhì)量好，工件變形也得到充分控制。

結(jié)語

經(jīng)過進(jìn)行筒軸工藝的分析研究，制定合理的工藝路線、加工方法，加工出的工件符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明工藝路線、加工方法可行。筒軸工藝研究的可行，積累了該類材料的機(jī)加經(jīng)驗(yàn)，突破了該類材料筒軸類加工技術(shù)的瓶頸，為其他類似結(jié)構(gòu)薄壁筒軸類件的機(jī)械加工制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]柯明揚(yáng)主編《機(jī)械制造工藝學(xué)》北京．航空航天大學(xué)出版社，1996 1-185．

[2]湯湘中《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》北京．機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社，1988 1-158．

[3] 張幼楨主編《金屬切削原理及刀具》北京．國防工業(yè)出版社，1990 1-162．

[4]陳日曜主編《金屬切削原理》第2版．北京．機(jī)械工業(yè)出版社，2000．6 1-185．

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