盤軸一體結(jié)構(gòu)零件高效車銑復(fù)合加工技術(shù)研究

林大力

（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）

1 研究目標(biāo)

以盤軸一體結(jié)構(gòu)零件為載體，利用公司新引進(jìn)的WFL—M65車銑復(fù)合加工設(shè)備，開展盤軸一體化復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的高效車銑復(fù)合加工技術(shù)研究和加工驗(yàn)證，掌握車銑復(fù)合加工設(shè)備的功能特點(diǎn)、零件加工工藝和復(fù)合編程技術(shù)。實(shí)現(xiàn)一次裝夾，完成車、銑、鉆、擴(kuò)、鉸加工和一次成形，大幅度地提高零件加工質(zhì)量和加工效率。

1.1 零件類型

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件是將原盤與前軸頸合為一體的典型的復(fù)雜零件，是發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵件和重要承力件，材料為TC17，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高、特別是軸頸錐壁與輪盤的輻板形成了半封閉深型腔結(jié)構(gòu)，徑向深度達(dá)75mm，敞開性極差，加工中進(jìn)退刀極其困難，需要多把刀具轉(zhuǎn)接才能完成加工。軸頸錐壁處最小壁厚僅為2.8mm，容易產(chǎn)生加工變形，給切削加工造成極大困難，加工質(zhì)量不易保證。

1.2 預(yù)期達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

通過盤軸一體結(jié)構(gòu)零件高效車銑復(fù)合加工技術(shù)研究，掌握復(fù)雜零件的復(fù)合加工技術(shù)、復(fù)合編程技術(shù)，提升公司制造水平，加工后的零件內(nèi)孔配合尺寸ф396.2H7（+0.057）、跳動(dòng)0.015；配合尺寸ф401.5 H7（+0.063）、垂直度0.01；軸頸錐面壁厚2.76+0.1；3.2+0.1；端面基準(zhǔn)○B(yǎng)平面度0.015等尺寸及技術(shù)條件滿足設(shè)計(jì)圖紙要求。填補(bǔ)公司盤軸一體化零件復(fù)合加工技術(shù)空白。

2 攻關(guān)試驗(yàn)

2.1 加工工藝方案的制定

2.1.1 工藝路線規(guī)劃

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件毛坯采用模鍛件，熱處理狀態(tài)：固熔+時(shí)效，HB≥388。通過對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝性分析，考慮到零件的特殊結(jié)構(gòu)及材料的加工特點(diǎn)等因素，將原加工工藝路線進(jìn)行了全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過采用車銑復(fù)合加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了車、銑、鉆、擴(kuò)、較一次裝夾加工成型。新工藝將原來的工序進(jìn)行了集成和合并，將原來24道工序合并成4道工序，共優(yōu)化減少了20道工序，極大地縮短了加工周期，減少了零件的周轉(zhuǎn)。

2.2 刀具結(jié)構(gòu)及刀具材料的選擇

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件由于其特殊的深腔結(jié)構(gòu)，且從超聲波探傷到成品有較大的加工余量，半封閉深腔加工中走刀困難，加工過程中刀具與零件容易產(chǎn)生碰撞，因此刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵，同時(shí)零件加工采用了臥式車銑復(fù)合加工中心，在進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮機(jī)床接口和刀具的可達(dá)性，考慮到設(shè)備的特點(diǎn)和內(nèi)部功能，高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)刀具屬于首選方案。根據(jù)以往加工經(jīng)驗(yàn)，最終確定的刀具方案。

2.3 專用工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于零件粗加工的剛性相對(duì)較好，可直接采用四爪卡盤徑向夾緊。精加工時(shí)考慮到零件的薄壁結(jié)構(gòu)，為減少加工變形，必須采用專用夾具，實(shí)現(xiàn)軸向定位、壓緊的方式，完成零件安裝定位和加工，并盡量使定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，通過一次裝夾、互為基準(zhǔn)加找正的方法保證零件的兩側(cè)內(nèi)外表面的形位公差要求，夾具的壓緊力的作用點(diǎn)應(yīng)與定位面保持一致。

2.4 加工中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)措施

2.4.1 深腔型面加工：

⑴冷卻和排屑

零件的深腔在加工時(shí)冷卻和排屑十分困難，冷卻困難導(dǎo)致刀片快速磨損，引起切削失效；排屑困難導(dǎo)致切削纏繞刀柄，而過多纏繞形成的積屑瘤如果參與切削，容易使零件表面形成嚴(yán)重缺陷，所以深腔加工的關(guān)鍵就是冷卻和排屑。為了解決這一難題，主要在兩個(gè)方面進(jìn)行了加工試驗(yàn)，第一是使用超高壓內(nèi)冷刀具，300bar的冷卻壓力使切削液順利的噴射到刀具的前刀面上，完成冷卻的功能；第二是試驗(yàn)切削參數(shù)，在切削深度和進(jìn)給量上進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)出當(dāng)切削深度為0.25mm、進(jìn)給量為0.15mm/轉(zhuǎn)時(shí)，形成的切屑呈碎鱗片狀，這就使切削能夠順利的進(jìn)行，刀片的磨損也大大降低。

⑵深腔型面車加工容易產(chǎn)生碰撞和打刀

深腔型面加工其刀具結(jié)構(gòu)、走刀路線、切削用量的選擇對(duì)保證加工質(zhì)量非常重要，必須確定合理的走刀軌跡、優(yōu)化進(jìn)刀方式。在加工深腔型面時(shí)，為避免刀具與輻板處尺寸R51發(fā)生刮碰，采用圓弧進(jìn)刀，保證了接刀處的平滑轉(zhuǎn)接；采用由盤心端面推向深腔的走刀軌跡，即保證了刀具的強(qiáng)度，又適當(dāng)?shù)奶岣吡饲邢鞯男省?/p>

2.4.2 基準(zhǔn)面加工：

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件前后兩側(cè)配合止口和端面是零件重要的基準(zhǔn)面，前后端面的平面度和平行度均為0.013mm，前后配合止口的跳動(dòng)要求為0.015mm；為了保證加工質(zhì)量，工藝上應(yīng)將前后基準(zhǔn)安排在一個(gè)工位上進(jìn)行加工，而在加工時(shí)，夾具和零件的裝夾需要講究技巧。安裝夾具時(shí)，先將夾具基準(zhǔn)端面和花盤端面修整平滑；安裝聯(lián)接螺栓時(shí)先進(jìn)行預(yù)擰緊，擰緊力適中，當(dāng)夾具找正后，進(jìn)行兩兩對(duì)點(diǎn)漸進(jìn)壓緊，同時(shí)觀察外圓的跳動(dòng)，避免由于一點(diǎn)用力過大導(dǎo)致已找正的平面出現(xiàn)異常。零件安裝時(shí)，同樣采用漸進(jìn)壓緊方式，避免產(chǎn)生壓痕和零件壓緊變形。

2.4.3 鏜孔加工中需注意的問題

軸頸端內(nèi)孔公差位0.1mm，但由于加工距離較長，加工時(shí)容易產(chǎn)生錐度，所以必須選擇剛性好并且鋒利的刀具，同時(shí)在切削用量上嚴(yán)格控制。如上所述的“T3”刀具，刀尖圓角為R0.4，刀片楔角55度，既滿足了刀具鋒利的要求，也滿足了強(qiáng)度要求。在實(shí)際加工中，零件直徑在長度方向的變化量僅為0.01mm，保證了設(shè)計(jì)的要求。

2.4.4 其他難點(diǎn)問題和解決措施

零件在加工內(nèi)孔時(shí)，采用R0.8規(guī)格鏜孔刀片切削產(chǎn)生振紋，經(jīng)過分析，其原因是刀具圓角過大，切削時(shí)零件與刀具的接觸面積過大，從而產(chǎn)生了較大的切削力，經(jīng)研究論證，將原刀片更換為刀尖圓角為R0.4的刀片，解決了加工中的振刀問題。

結(jié)語

經(jīng)過對(duì)兩件盤軸一體結(jié)構(gòu)零件的車銑復(fù)合加工，零件的尺寸、技術(shù)條件和表面粗糙度滿足設(shè)計(jì)要求，車加工開發(fā)了機(jī)床高壓內(nèi)冷、在線測量等8項(xiàng)機(jī)床功能，零件車加工效率比原來提高3倍左右。

[1]《透平機(jī)械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書》編委會(huì).結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)[M]. 北京科學(xué)出版社，2002.