柔性薄壁回轉體工件的加工技巧研究

劉蓉芳 邵 鵬 邵建偉

(杭州汽輪機股份有限公司，浙江 杭州 310022)

柔性薄壁工件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁工件剛性差，在加工中極易發生變形，使工件的形位誤差增大，不易保證工件的加工質量。透平汽輪機中蒸汽濾網是一個過濾蒸汽的重要零件(如圖1)，因工作時承受高溫蒸汽的沖擊，結構上法蘭1和外撐筋6起到定位作用，以減輕沖擊力對濾網焊縫強度的影響。此工件是典型的薄壁回轉體工件，由壁厚為3mm的不銹鋼濾網板，通過卷圓拼焊形成，本文以此為例。

1 加工技巧研究

1.1 零件特征分析

如圖1，本工件的機加工部位為:法蘭1的外圓、厚度尺寸;3條外撐筋6的外圓尺寸。該工件主要特點有以下兩點:

(1)工件整體尺寸較大，直徑D約為1000mm，長度L為2000mm。

(2)整個工件剛性極差，外撐筋6的板厚只有7mm，且毛坯件時懸臂伸長約為150～200mm。

1.2 加工難點

本工件的主要特點有以下2點:

(1)法蘭1加工時如何裝夾的問題。

(2)3條外撐筋6加工外圓時剛性不足和如何測量的問題。

1.3 常規加工思路

(1)各件焊接前，法蘭1內外圓先車準。

(2)各件焊接在一起后，在法蘭1外圓上焊接4條輻射狀鋼板條(裝夾用)，鋼條上開螺柱孔。

(3)在龍門銑上用墊箱墊等工裝墊起鋼板條，用螺柱固定工件，銑準法蘭1下平面及鋼板條下平面。

(4)法蘭1底面置于立車工作臺上，用螺柱將鋼板條及整個工件固定在工作臺上，車準法蘭1上平面。

(5)外撐筋6外圓D1±0.1按相配內孔配作，打磨準。

由此可見，按常規的加工方法，需要一臺立車和一臺龍門銑床，且龍門銑加工法蘭1下平面時需要用等高墊箱墊，立車裝夾時也需要設計專用定位工裝，因為此工件是單件小批量生產，這樣致使生產成本大大增加，加工周期也大大加長。

1.4 非常規加工技巧研究

顯然常規的加工方法不是很合適，本文考慮需要增添輔助的工藝結構，如圖2所示，采用此方法后就可以用普通的臥車加工方式，一次裝夾，完成所有加工，既經濟又簡便，下文將詳細介紹。

(1)工件頂部點焊一個圓形頂尖悶板，作為機床尾架頂尖頂住用。

(2)工件底部內孔點焊一個十字撐筋，撐筋外側再焊接一段100mm長的鋼管，作為機床卡爪夾持用。

(3)工件外圓上的三條筋板用工藝撐筋點焊聯接起來，解決D1±0.1外圓加工時剛性不足的問題。

(4)工件外圓上的三塊筋板的其中一處在對稱位置點焊一條工藝測量用筋板，車削D1±0.1外圓時一同加工出，解決該外圓的測量困難問題。

1.5 具體加工工序

(1)濾網外表面2、濾網內表面4及悶頭3焊接成一體并整形后，實測濾網外表面2下端外圓后，配車準法蘭1內孔并按圖焊接成一體(因為濾網外表面2卷圓拼焊后底部內孔直徑很難與法蘭1內孔尺寸吻合)。

(2)按圖2所示在法蘭1內孔處焊上十字撐筋及鋼管，注意撐筋的厚度及焊點的高度應低于法蘭成品的厚度尺寸，避免加工干涉。撐筋中心位置處焊接一段鋼管，當機床卡爪夾持后，留有可加工法蘭下端面的進、退刀空間即可。

(3)濾網外表面2頂部焊接一個圓形悶板，用于加工中心孔后供臥車一夾一頂裝夾用。

(4)焊接一塊和外撐筋6相同的輔助筋板，用于測量3條筋板的外圓。同時為了增加外撐筋6車削時的剛性，另外加焊兩條弧形筋板，注意筋板的外圓不能超過外撐筋6的外圓。

(5)按焊前粗加工后的法蘭外圓為基準，劃出上端頂部工藝悶板上十字中心線及φ20mm孔線。

(6)在大鉆上鉆準工藝悶板上中心孔。

(7)上臥車，夾下端鋼管部分，頂住上端工藝悶板上中心孔，一刀落車準法蘭1上下兩厚度面及外圓，車準外撐筋6筋板外圓，并檢驗各尺寸。

(8)鈑金工去除各工藝輔助筋板，打磨工件表面各焊點后即完成本件制作加工。

注意:(2)、(3)、(4)道工序為本工藝的關鍵工序。

1.6 小結

增加輔助工藝結構，具有以下幾個優點:

(1)簡化了工件的裝夾。

(2)節省了占用機床時間，只需1臺普通臥車即可，降低生產成本，縮短生產周期。

(3)省去工件加工時所需專用工裝，并降低成本和工裝設計、制造周期。

(4)解決局部加工剛性不足問題，方便了加工與測量。

(5)省去了外撐筋6筋板的打磨配作過程，保證了圖紙要求。

2 結語

大多數薄壁工件由于壁薄體大，受夾緊力影響容易變形，造成裝夾及加工上的困難，若用專用工裝夾具來解決加工問題會大大增加生產成本，再加上有時工件數量是單件小批量的限制，非常不經濟。如果轉換思路，從增加輔助工藝結構為切入點，則可以巧妙地解決這些難點，達到事半功倍的效果，并由此舉一反三，得到更多啟迪。

［1］李艷梅，周海.一種細長薄壁筒形零件的加工方法［J］.制造技術與機床，2012(4):104－107.

［2］張玉峰.薄壁環形件加工工藝方法的探討［J］.制造技術與機床，2009(8):94－95.