薄壁環(huán)端面磨削技術(shù)的研究

鄭琪然 范程程 文國(guó)軍

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

薄壁環(huán)其精度要求高，加工難度大，壁薄易變形。之前沒有成熟的鈦合金磨削技術(shù)，鈦合金磨削容易產(chǎn)生磨削裂紋、燒傷，只能采用車削加工代替磨削加工，車加工尺寸、技術(shù)條件很難滿足設(shè)計(jì)要求。薄壁環(huán)車加工后需鉆孔，并還要銑花邊，加工后工件變形大，造成安裝邊端面平行度及著色檢查不能滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本項(xiàng)技術(shù)的研究，可以顯著改善產(chǎn)品的交付合格指標(biāo)，完成磨削參數(shù)的固化，形成鈦合金磨削加工工藝規(guī)程，在同類工件上推廣應(yīng)用。

1 制定工藝前準(zhǔn)備

工件圖分析：薄壁環(huán)材料為鈦合金，其精度要求高，加工難度大。該件壁薄易變形，安裝邊壁厚僅1.5mm，安裝邊端面要求平行度0.05，以及著色檢查貼合度，沿周邊無(wú)間斷，密接度不少于80%。車加工尺寸、技術(shù)條件很難滿足設(shè)計(jì)要求，安裝邊端面平行度0.05實(shí)際為0.07~0.08，著色檢查密接度只能達(dá)到 25%~35%，應(yīng)該采用磨削加工。之前沒有成熟的鈦合金磨削技術(shù)，鈦合金磨削容易產(chǎn)生磨削裂紋、燒傷。如圖1所示。

2 鈦合金磨削試驗(yàn)

之前沒有磨削鈦合金的經(jīng)驗(yàn)，沒有成熟的鈦合金磨削技術(shù)，對(duì)于鈦合金磨削加工沒有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究和試驗(yàn)，對(duì)于砂輪選擇、磨削參數(shù)等工藝要素沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，國(guó)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行封鎖，同時(shí)沒有可以借鑒的資料。全靠工藝試驗(yàn)進(jìn)行摸索。鈦合金磨削工藝難度較大，需要試驗(yàn)的項(xiàng)數(shù)較多，影響磨削效果的因素也錯(cuò)綜復(fù)雜。基于此，砂輪結(jié)構(gòu)和材料的選擇、夾具結(jié)構(gòu)、磨削參數(shù)的選擇等均為課題需要重點(diǎn)研究的對(duì)象。

2.1 砂輪的選擇

磨削鈦合金薄壁環(huán)端面的砂輪材料、砂輪結(jié)構(gòu)的確定是影響項(xiàng)目新材料鈦合金磨削技術(shù)研究成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此選擇砂輪及其重要。本次試驗(yàn)選用的砂輪為碳化硅砂輪（GC），粒度為46，硬度為K，形狀為P，尺寸為φ400×φ127×40。

2.2 磨床夾具的設(shè)計(jì)

確定磨削薄壁環(huán)的新型夾具結(jié)構(gòu)也是影響項(xiàng)目鈦合金磨削技術(shù)研究成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。工件的夾緊方式選擇不當(dāng)，不僅影響加工效率，還會(huì)造成工件變形。為此設(shè)計(jì)了專用的磨床夾具，此裝夾裝置的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）選用軸向壓緊方式，使壓緊力的方向垂直于工件的主要定位基面。

（2）整個(gè)工件的壓緊力均勻，且受力面積大，特別適用于薄壁件的精加工。

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用圓形壓蓋壓緊，既保證了剛性又要保證裝卸方便，減少了準(zhǔn)備加工時(shí)間。

2.3 試驗(yàn)件的磨削試驗(yàn)

主要通過(guò)鈦合金端面磨削工藝的研究，對(duì)薄壁環(huán)試件進(jìn)行了端面磨削試驗(yàn)，試驗(yàn)了砂輪、夾具的裝夾、磨削參數(shù)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，砂輪的選擇和夾具裝夾可行，磨削參數(shù)為：砂輪轉(zhuǎn)速vs=15m/s~20m/s，磨削深度ap=0.01mm，進(jìn)給速度vf=14m/min。測(cè)量了安裝邊端面平行度要求0.05，實(shí)測(cè)為0.04~0.05，技術(shù)條件著色檢查貼合度，沿周邊無(wú)間斷，密接度不少于80%，實(shí)測(cè)著色合格，取得了良好的效果。并進(jìn)一步對(duì)磨削端面進(jìn)行了熒光檢查、燒傷檢查，證實(shí)磨削面無(wú)任何缺陷，此次磨削參數(shù)試驗(yàn)取得了較大的成功。

2.4 薄壁環(huán)磨削加工

經(jīng)過(guò)前期對(duì)試驗(yàn)件的試驗(yàn)加工，對(duì)鈦合金磨削時(shí)砂輪結(jié)構(gòu)和材料的選擇、夾具結(jié)構(gòu)、磨削參數(shù)的選擇積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。故將此經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到正式工件的加工中。

加工了幾批工件，磨削參數(shù)為：砂輪轉(zhuǎn)速vs=15m/s~20m/s，磨削深度ap=0.01mm，進(jìn)給速度vf=14m/min。其平行度0.05為0.04~0.05，著色檢查貼合度，沿周邊無(wú)間斷，密接度不少于80%合格，合格率達(dá)到了100%。并對(duì)磨削面進(jìn)行了熒光檢查、燒傷檢查，證實(shí)磨削面無(wú)任何缺陷。

圖1 工件三維示意圖

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)薄壁環(huán)磨削試驗(yàn)的研究，從而確定了磨削方法，結(jié)果表明磨削方法可行，工件加工符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本項(xiàng)技術(shù)的研究，顯著改善了產(chǎn)品的交付合格指標(biāo)，確定了鈦合金端面磨削的砂輪的材料和結(jié)構(gòu)，完成磨削參數(shù)的固化，形成鈦合金端面磨削加工工藝文件，可在類似工件上推廣應(yīng)用。

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