大直徑精密復(fù)雜型面薄片零件車削加工工藝研究

魏軍++李成武

摘 要：本文以新一代航空發(fā)動機(jī)高溫合金材料大直徑精密復(fù)雜型面薄壁封嚴(yán)擋片為載體，分析了薄片零件車加工的加工工藝的特點，介紹了一種大直徑精密型面薄片零件車加工的加工工藝方法。從優(yōu)化零件加工工藝路線，改進(jìn)傳統(tǒng)的工藝加工方案，研究精密型面薄片零件車削工藝，為制訂同類薄片零件的車削加工工藝方法提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：薄片零件；彎曲變形；形位公差

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

在機(jī)械加工技術(shù)中，特別是在航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)渦輪轉(zhuǎn)子零件加工制造中，大直徑精密復(fù)雜型面薄片零件的加工一直是薄壁環(huán)形件加工的技術(shù)關(guān)鍵，此類技術(shù)一直備受關(guān)注。

航空發(fā)動機(jī)精密復(fù)雜型面薄壁封嚴(yán)擋片的加工，由于零件型面要求復(fù)雜，無法按常規(guī)工藝方法選擇在平面磨床上磨削加工，只能選擇車削加工。大直徑精密復(fù)雜型面薄片零件車削加工難以裝夾，極易發(fā)生變形，從而無法滿足形位公差及尺寸公差精度的要求。本文提供一種大直徑精密復(fù)雜型面薄片零件加工，特別是涉及一種無法實現(xiàn)磨削加工薄片零件的車削加工方法及其專用夾具，具有簡單易實現(xiàn)，加工質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，尤其適合批量生產(chǎn)。

1.薄壁封嚴(yán)擋片零件工藝性分析

1.1 薄壁封嚴(yán)擋片零件結(jié)構(gòu)分析

封嚴(yán)擋片是一種難切削鎳基高溫合金材料大直徑精密復(fù)雜型面薄片類零件，尺寸多、精度高封嚴(yán)擋片主要結(jié)構(gòu)：最大外圓直徑為ф671，有4處不同尺寸的型面，其中兩處型面壁厚公差僅為0.05和0.04，兩處型面以圓錐面連接，不允許有接刀臺。整個零件最小壁厚為1.2mm，最大為2.4mm。高精度薄片工件通常采用磨削加工方法，但該零件由于具有多端型面，無法通過磨削加工來完成，選用了“以車代磨”的加工方法。由于薄片工件縱向剛度差，加工難度大，需要設(shè)計合理的工藝方法。

1.2 加工過程難點及加工工藝性分析

本文所述封嚴(yán)擋片在車削加工過程中有以下難點：

（1）由于薄片工件縱向剛度差，在車削時容易產(chǎn)生因殘余切削應(yīng)力引起變形。

（2）在車削加工中只能通過夾具進(jìn)行加緊，由于薄片工件剛性較低的缺點，如果采用卡爪徑向夾緊方式會直接導(dǎo)致零件裝夾變形；如果采用專用夾具通過壓板進(jìn)行軸向壓緊，由于壓板壓緊存在壓板壓緊貼合力不夠，零件與夾具之間不能緊密貼合，使零件加工難度加大。

1.3鎳基高溫合金機(jī)械加工特點

封嚴(yán)擋片采用難切削鎳基高溫合金材料，該材料具有屈服強(qiáng)度高、塑性好，耐腐蝕、抗氧化、熱穩(wěn)定性好、韌性和延伸率大、導(dǎo)熱性差等特點，尤其是合金中含有較高的金屬鈮，使得該材料具有優(yōu)良的抗蠕變性能，但切削加工難度增大。

2 薄壁封嚴(yán)擋片零件車削加工工藝設(shè)計

2.1 加工設(shè)備的選擇

經(jīng)過對薄壁封嚴(yán)擋片的零件結(jié)構(gòu)和加工難點的分析， 由于薄片工件剛性較低的缺點，如果采用卡爪徑向夾緊方式會直接導(dǎo)致零件裝夾變形；采用數(shù)控立式車床進(jìn)行加工，分粗、精兩個工步進(jìn)行，可靠地保證了零件精度。在去余量時，采用分段切削的加工方法，不但減少加工應(yīng)力，控制零件變形，并可以實現(xiàn)自動斷屑，有利于排屑和斷屑。在數(shù)控程序的編制上，結(jié)合零件特點，按零件的理論型面編制程序，在型面接刀部位采用切向切入切出的方式，使得切入切出平穩(wěn)過渡，并通過在計算機(jī)上模擬，檢查、排除刀具于零件的干涉情況。

2.2專用夾具方案設(shè)計

采用數(shù)控立式車床進(jìn)行加工，需要采用專用夾具通過壓板進(jìn)行軸向壓緊，由于壓板壓緊存在貼合力不夠，零件與夾具之間不能緊密貼合。根據(jù)薄片工件封嚴(yán)擋片結(jié)構(gòu)特點和加工難點分析，設(shè)計了雙組可調(diào)節(jié)多壓板車床夾具，由底座和內(nèi)外兩組壓板構(gòu)成，每組壓板數(shù)量為16個，合計32個。壓板又分為固定連接的螺栓和可調(diào)伸長量壓板本體兩部分，通過調(diào)整壓板在底座上的位置可調(diào)節(jié)壓板的伸出長度，通過組合使用有效解決薄片類零件在加工中因翹曲變形，使零件超差問題。本文提供的立式車床軸向壓緊方式，有效避免了薄片類零件周向夾緊變形的問題。本文提供的雙組可調(diào)節(jié)多壓板車床夾具，由底座和內(nèi)外兩組壓板構(gòu)成，每組壓板數(shù)量為16個，壓板又分為固定連接的螺栓和可調(diào)伸長量壓板本體兩部分，通過調(diào)整壓板在底座上的位置可調(diào)節(jié)壓板的伸出長度，通過組合使用有效解決薄片類零件在加工中因翹曲變形，使零件超差問題。

2.3 刀具幾何角度的選擇

選用0°前角或負(fù)前角，一般為0°～-5°，0.2mm～0.4mm的負(fù)倒棱。選用小后角，一般為6°～8°。選用負(fù)刃傾角，一般為-2°～-4°。刀尖圓弧半徑也應(yīng)重點考慮刀尖強(qiáng)度和刀具耐磨性的要求，一般為R0.3～R0.5 ，粗加工取較大值，精加工取較小值。

3.車加工工藝方案的實施

封嚴(yán)擋片是一種典型的難切削鎳基高溫合金材料大直徑精密復(fù)雜型面薄片類零件，由于零件型面要求復(fù)雜，無法按常規(guī)工藝方法選擇在平面磨床上磨削加工，只能選擇車削加工。大直徑精密復(fù)雜型面薄片零件車削加工難以裝夾，極易發(fā)生變形，從而無法滿足形位公差及尺寸公差精度的要求。

3.1具體實施方式

（1）將夾具裝夾在機(jī)床工作臺上，找正夾具，將零件毛坯裝入夾具底座內(nèi)并找正零件。調(diào)整內(nèi)側(cè)壓板位置和伸長量，保證零件漏出長度≥1/2整個零件寬度，用內(nèi)側(cè)一組壓板壓緊零件，車加工零件第一面外側(cè)型面，即零件第一面外側(cè)的1/2部分型面。

（2）用夾具上外側(cè)一組壓板壓緊零件第一面外側(cè)部分型面（車加工后的部分），松開夾具上內(nèi)側(cè)一組壓板，車加工零件第一面內(nèi)側(cè)型面 （第一面剩余部分），注意接刀和型面轉(zhuǎn)接平滑。

（3）車加工零件第二面，松開壓板反轉(zhuǎn)零件，將零件找正。由于第二面型面復(fù)雜，需要倒三次壓板。調(diào)整內(nèi)側(cè)壓板位置和伸長量，保證零件漏出長度大于將要加工外側(cè)型面寬度1mm～2mm，用內(nèi)側(cè)一組壓板壓緊零件，車加工零件第二面外側(cè)型面，即零件第一面外側(cè)的約1/3部分型面。

（4）用夾具上外側(cè)一組壓板壓緊零件第二面外側(cè)部分型面（車加工后的部分），松開夾具上內(nèi)側(cè)一組壓板，調(diào)整內(nèi)側(cè)一組壓板伸長量，使兩組壓板之間寬度大于將要加工零件第二面中間部分型面寬度2mm，再次壓緊內(nèi)側(cè)一組壓板，并使零件為之保持一致，在內(nèi)外側(cè)壓板同時壓緊狀態(tài)下完成零件第二面中間部分型面車加工，注意接刀和型面轉(zhuǎn)接平滑。

（5）松開夾具上外側(cè)一組壓板，調(diào)整壓板伸長量，壓緊零件第二面已車加工后部分型面，松開夾具上內(nèi)側(cè)一組壓板，并使零件與之保持一致，完成第二面剩余部分型面的加工，注意接刀和型面轉(zhuǎn)接平滑。

結(jié)論

某型機(jī)的封嚴(yán)擋片是一種典型的難切削鎳基高溫合金材料大直徑精密復(fù)雜型面薄片類零件，由于零件型面要求復(fù)雜，無法按常規(guī)工藝方法選擇在平面磨床上磨削加工，只能選擇車削加工。大直徑精密復(fù)雜型面薄片零件車削加工難以裝夾，極易發(fā)生變形，從而無法滿足形位公差及尺寸公差精度的要求。本文論述了鎳基高溫合金材料大直徑精密復(fù)雜型面薄片類零件裝夾定位及其夾具結(jié)構(gòu)技術(shù)、加工過程中控制殘余應(yīng)力的技術(shù)研究。通過加工編程時合理選擇刀具和加工順序，確定合適切削參數(shù)，減少切削變形所取得的結(jié)論可在同類薄片零件加工中推廣使用，在新一代航空發(fā)動機(jī)、動力燃機(jī)系列研制中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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