密封外套高效加工工藝研究

田欣華

密封外套高效加工工藝研究

田欣華

田欣華

中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司

田欣華（1978-）女，籍貫遼寧，高級工程師，從事軸類、薄壁環形零件機械加工工藝研究。

全文以某密封外套零件為載體，著重從應用數控機床、應用陶瓷刀具和硬質合金機夾刀具、優化電加工參數、細化關鍵過程步驟和刀具國產化五個方面論述了高溫合金實現真正意義上的高效加工——優質、高效、低耗加工的工藝方案設計、驗證和取得的實效。

密封外套零件是重要的封嚴篦齒用轉動件。零件配合止口最薄處只有2mm，一側端面分布有12處U型花邊槽，另一側分布有12處與回轉軸線呈68°夾角的斜槽。零件材料為鎳基變形高溫合金GH4169，屬于難加工材料。原有工藝路線按照普通設備設計完成，需要33道工序，加工效率低，技術條件不易保證，銑加工采用進口合金刀具，切削成本高。

密封外套零件必須采取精益制造，實現真正意義上的高效加工——優質、高效、低耗加工。

工藝現狀分析

車、銑均采用普通設備加工，工藝路線冗長，加工效率低，質量不穩定

車、銑均采用普通設備加工，零件多次重復裝夾，型面與基準不是一次加工完成，技術條件不易保證。生產準備時間長，工序間周轉等待時間過長。應采用數控車床、數控加工中心等設備，實現工序集中，提高加工效率。

采用普通焊接車刀，加工效率低，刀具極易磨損

GH4169與普通鋼件相比，其機械加工性能較差，切削過程需要消耗更多的能量。普通焊接車刀切削GH4169的效率極低，且刀具磨損嚴重。應選擇具有很高的抗氧化性、紅硬性、耐磨性的刀片材料。

電加工端面12處斜槽工序效率低

零件加工時間過長，8h/件，加工效率低。應優化電加工參數，提高加工效率。

關鍵工序工藝步驟不夠細化

車工藝臺工序是有效控制加工變形的關鍵工序，必須細化加工步驟，明確每一個工步的尺寸和變形控制方法。

銑加工采用進口合金刀具，刀具成本高

銑加工4道工序均采用進口合金刀具，刀具消耗為1525元/件。應選擇國產刀具，降低切削成本。

綜上分析，可從應用數控機床、應用陶瓷刀具和硬質合金機夾刀具、優化電加工參數、固化關鍵過程步驟和刀具國產化五個方面對零件進行優質、高效、低耗加工的工藝研究。

高效加工方案設計與驗證

應用數控機床實現工序集中，提高加工效率

在數控車床CK6145C和加工中心VTC-200BN上分別實現半精車、精車和銑花邊、鉆孔、锪倒角等工序的集中。將工藝規程原有33道工序精簡合并為25道工序。

經加工試驗，在VTC-200BN數控加工中心上一次裝夾，完成了銑12處花邊槽、鉆12-Φ6.5孔、鉆3-Φ5.08孔、锪12處倒角全部工作內容。改進后減少加工時間19小時/件，減少生產準備時間6h/件，提高加工效率2.5倍。同時節省3套專用工裝，節省費用18134元。

采用陶瓷刀具、硬質合金機夾刀具，實現難加工材料的高效加工

零件外圓錐度型面這種結構決定了半精車工序必須去除大量的余量，才能實現零件成型。選用肯納的陶瓷刀具RNGN120700 T01020 KY2100。這種R6.35刀片刃口耐磨性好，并且具有良好的抗機械沖擊能力。加工試驗時，轉速110r/min，進給量0.2mm/r，切削深度1mm，去除外圓余量僅用30min，材料移除率為16.58cm3/min，切削效率提高了5倍，且尺寸精度、表面質量良好，沒有讓刀。

內孔型腔和外圓型面精車采用伊斯卡的硬質合金機夾車刀GIP3.00E- 0.20 IC908和GIMY315 IC908加工完成。適宜轉速70r/min，進給量0.12mm/r，切削深度0.4mm，用時為40min和60min。與在普通車床上使用普通車刀加工相比，加工效率分別提高了1.25倍和1倍。

優化電加工參數，實現電火花加工的大幅提效

提高單個脈沖能量

就是提高脈沖電壓和脈沖電流（脈寬×峰值電流），但同時必然會降低粗糙度和加工精度。所以提高脈沖寬度和電流的同時，還需改善放電波形。 原設定參數： 脈沖寬度250μS、低壓電流10.0A 、高壓電流 0.5A 包絡寬度 0μs、包絡停歇 0μs ；調整后參數： 脈沖寬度 300μs、低壓電流13.0A 、高壓電流 1.0A 包絡寬度2000μs、包絡停歇 1000μs 。

提高放電頻率

就是壓縮脈沖停歇時間，但是脈沖停歇時間過短，會使工作液來不及消電離恢復絕緣，導致連續的電弧放電，反而破壞放電過程。所以必須注意選擇適當的脈沖寬度與停歇時間的比值，即脈寬比。 原設定參數：脈沖寬度250μs、脈沖停歇 200μs（脈寬比1.25）調整后參數：脈沖寬度 300μs 、脈沖停歇 100μs（脈寬比3）

提高加工系數

包括合理選擇電極材料、工作液等，以改善加工條件。這里用紫銅成型電極和煤油作為工作介質。

通過優化電加工參數，零件加工時間縮短至4h/件，加工效率提高1倍。

細化關鍵工序加工步驟，控制變形，提高質量

細化車工藝臺關鍵工序加工步驟，明確每一工步的加工尺寸和加工要領。經驗證，較好地控制了薄壁零件大余量切削產生的加工變形，控制基準面平面度在0.05mm以內，最終實現了精車工序尺寸和技術條件全部合格。

通過刀具國產化，降低切削成本，實現低耗加工

選用國產自貢硬質合金廠的Φ12合金銑刀、Φ6.5合金鉆頭和Φ5.08合金鉆頭代替進口刀具。經過加工試驗，零件尺寸和粗糙度Ra6.3均符合圖紙要求，與采用進口刀具加工的結果無差別。單件刀具消耗0.5/Φ12銑刀、0.5/ Φ6.5鉆頭、0.5/Φ5.08鉆頭，合計降低刀具成本1163元/件。

結語

經加工驗證，采用數控機床實現工序集中，選擇陶瓷刀具和硬質合金機夾刀具，優化電加工參數，細化關鍵過程步驟和刀具國產化是實現GH4169這種典型難加工材料優質、高效、低耗加工的有效途徑。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.076