半開對接組合式結(jié)構(gòu)零件制造工藝

■ 中航飛機(jī)股份有限公司長沙起落架分公司 （陜西城固 723200） 李運(yùn)龍 黃國華

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工程師 李運(yùn)龍

某型機(jī)是國家重點(diǎn)型號研制項(xiàng)目，主起自潤滑轉(zhuǎn)筒是主起落架上的重要件之一，為半開對接組合式結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔要求粘接自潤滑襯墊，粘接自潤滑襯墊工藝由蘭化所進(jìn)行，由于粘接自潤滑襯墊前尺寸φ158.78+0.05+0.01mm要求較嚴(yán)，該尺寸的保證，將影響粘接自潤滑襯墊后尺寸的保證。本文重點(diǎn)對該零件制造工藝難點(diǎn)的突破作較為細(xì)致的介紹。

1.零件制造工藝難點(diǎn)分析

（1）結(jié)構(gòu)工藝分析。如圖1所示，主起自潤滑轉(zhuǎn)筒主要由接頭轉(zhuǎn)筒、套盒轉(zhuǎn)筒、自潤滑襯墊、襯套、固定螺栓、墊片和螺母組成。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩主要結(jié)構(gòu)件接頭轉(zhuǎn)筒和套盒轉(zhuǎn)筒均為φ158H8半圓孔結(jié)構(gòu)，其壁厚較薄（最小處為2.7mm），粘接前內(nèi)孔尺寸為φ158.78+0.05+0.01mm，端面尺寸為164.22f7（-0.043-0.083mm），該配合精度直接影響轉(zhuǎn)筒粘貼自潤滑襯墊后的產(chǎn)品質(zhì)量和無載啟動力矩值。受零件結(jié)構(gòu)不規(guī)則影響，內(nèi)孔φ158.78+0.05+0.01mm極易變形超差，主要呈平行對接面方向尺寸偏大，垂直對接面方向尺寸偏小變形趨勢，從而達(dá)不到設(shè)計要求，屬難加工結(jié)構(gòu)。

圖1 主起自潤滑轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)

（2）材料工藝性分析。零件材料選用AerMet 100超高強(qiáng)度耐蝕鋼，該材料是一種高合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼，熱處理后硬度53～56HRC，強(qiáng)度＞1 930MPa。該材料剪切強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性差，材料黏度大，具有類似不銹鋼的特點(diǎn)，在切削加工中切削力大，切削溫度高，屬難加工材料。

（3）技術(shù)難點(diǎn)。①該零件結(jié)構(gòu)是由兩半圓對接組合，且屬于薄壁零件，零件對接擰緊力及加工時的壓緊力使零件易產(chǎn)生變形。②零件材料為超高強(qiáng)度鋼，導(dǎo)熱性差，在切削加工中切削力大，切削溫度高，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使零件產(chǎn)生變形。③機(jī)加后需局部噴丸，由于該零件壁厚不均勻，噴丸彈丸壓應(yīng)力造成內(nèi)孔變形。

2.解決制造技術(shù)難點(diǎn)的工藝措施

主起自潤滑轉(zhuǎn)筒內(nèi)孔圓柱度要求較高，要求工件內(nèi)孔尺寸變形較小，同時要求內(nèi)孔表面粗糙度值Ra≤0.8μm，因此，在精加工工件內(nèi)孔時，既要充分考慮薄壁工件加工中的應(yīng)力變形，又要考慮該工件的裝夾變形，還要避免零件斷續(xù)切削，合理選擇刀具、切削參數(shù)，合理安排加工工藝過程。

經(jīng)過攻關(guān)組不斷摸索改進(jìn)，并經(jīng)過批加工驗(yàn)證，確定最佳工藝方法為：

（1）嚴(yán)格控制公差，減少裝配誤差，在加工φ24H8孔時，嚴(yán)格控制φ24H8到零件對接面的距離要求，由原來的20mm控制到20+0.05+0mm，以此來達(dá)到兩零件組裝起來對接處的間隙最小。

（2）采用多次分解、小切深加工、穿插低溫回火的方法，減少應(yīng)力變形。組合后加工內(nèi)孔φ158.78+0.05+0.01mm，及其端面采取反復(fù)分解、低溫回火、組合的方案來最大限度地減少因零件薄壁和應(yīng)力集中帶來的零件變形。

（3）改進(jìn)裝夾方式、消除裝夾變形。之前的裝夾方式為兩側(cè)使用V型，這會產(chǎn)生過定位致使零件變形，現(xiàn)改為一側(cè)V型另一側(cè)平面支撐，使零件在自由狀態(tài)壓緊，從而消除了裝夾變形的影響。

（4）選用先粗鏜孔后磨削的工藝對組合件進(jìn)行加工，采用數(shù)控立磨機(jī)床通過磁力吸盤將零件吸附在工作臺上（見圖2），不需要其他任何輔助裝夾，基本可以消除零件因裝夾而產(chǎn)生的變形。而且數(shù)控立磨機(jī)床剛性好、精度高，能夠更好地保證內(nèi)孔的尺寸要求。

3.工藝流程

加工工藝流程為：領(lǐng)料→鉗工→立臥→鉗工→數(shù)控鏜（粗加工）→低溫回火→數(shù)控鏜（半精加工）→鉗工（分解）→低溫回火→鉗工→數(shù)控磨→低溫回火→局部酸檢→局部噴丸→鉗工→總檢→粘貼→防護(hù)入庫。

4.數(shù)控磨削切削參數(shù)確定

為保證內(nèi)孔尺寸公差及表面粗糙度要求，最終的精加工由數(shù)控磨削保證，磨削方案及磨削參數(shù)的確定采用試驗(yàn)件進(jìn)行驗(yàn)證。

第一次試驗(yàn)，磨削后零件尺寸圓度在0.045mm，低溫回火后零件圓度在0.08mm，變形較大。

第二次試驗(yàn)，經(jīng)對加工方法及參數(shù)改進(jìn)，磨削后零件尺寸圓度在0.03mm，低溫回火后零件圓度在0.04mm。

經(jīng)試驗(yàn)，為消除磨削熱產(chǎn)生的微變形，其磨削方案采取如下措施：①粗磨。上下孔均進(jìn)行粗磨，充分冷卻。②粗磨后將零件從吸盤上卸下，應(yīng)力充分釋放。③零件再次放在吸盤上固定，進(jìn)行精磨至成品尺寸（其尺寸余量控制在0.05～0.07mm）。

確定內(nèi)孔磨削參數(shù)為：v砂輪＝2 100r/min、n工件＝20r/min；吃刀量：粗磨0.01～0.03mm，精磨0.005mm。

經(jīng)對試驗(yàn)件再次驗(yàn)證后，內(nèi)孔尺寸上半部圓度0～0.02mm、下半部圓度0～0.03mm。

5.噴丸強(qiáng)化控制

主起自潤滑轉(zhuǎn)筒的噴丸強(qiáng)化處理工序較為重要，該工件在起落架收放時承受了較大的拉載荷和壓載荷，是重要的承力結(jié)構(gòu)件。噴丸強(qiáng)化的目的是提高該工件的疲勞強(qiáng)度，去除機(jī)械加工表面產(chǎn)生的微量刀痕，達(dá)到與飛機(jī)同壽命的目的。但對于半開對接組合式結(jié)構(gòu)且壁厚≤3mm的轉(zhuǎn)筒類零件，噴丸過程中極易產(chǎn)生應(yīng)力變形，經(jīng)對前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，噴丸后零件變形情況如圖3所示，無法滿足設(shè)計要求。

圖2 主起自潤滑轉(zhuǎn)筒磨削

（1）原因分析。經(jīng)分析，造成局部噴丸變形的原因主要有以下幾個方面：①兩端內(nèi)孔進(jìn)行了機(jī)械加工，因此需對加工后表面進(jìn)行重新局部噴丸，而內(nèi)孔中間薄壁處不噴丸，此處壁厚較薄，若保護(hù)不好，將引起變形。②由于該零件的形狀決定該零件總體重心不均勻，接頭轉(zhuǎn)筒重而套盒轉(zhuǎn)筒輕，在零件噴丸時如果放置不合理，由于重力的原因，則會使零件在噴丸時產(chǎn)生不規(guī)則的扭轉(zhuǎn)變形。③根據(jù)前期零件內(nèi)孔噴丸后上、下部孔變形情況，摸索變形規(guī)律可知，上部孔變形小，下部孔變形大；接縫處A、B點(diǎn)尺寸變大，C點(diǎn)尺寸變小；找出零件引起變形的薄弱部位為套盒轉(zhuǎn)筒下部半圓處為變形最大處。

圖3 轉(zhuǎn)筒內(nèi)孔噴丸變形

圖4 噴丸防護(hù)工裝

（2）控制方案。①制作專用防護(hù)工裝及加強(qiáng)工裝（見圖4），對內(nèi)孔薄壁非噴丸部位進(jìn)行保護(hù)，同時確保工件噴丸時合理擺放，并對噴丸薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，進(jìn)一步對自潤滑轉(zhuǎn)筒微變形進(jìn)行控制。②對該零件內(nèi)孔（壁厚最薄處為4.61mm）噴丸部位，在圖樣要求的噴丸強(qiáng)度和覆蓋率之內(nèi)，選擇最小的噴丸強(qiáng)度和覆蓋率，使用最小的噴丸參數(shù)可以最大限度地降低零件的變形，建議在滿足噴丸弧高值的情況下，控制彈丸流量和風(fēng)壓在最小值，調(diào)整噴槍在合適位置，以勻速旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的方式進(jìn)行，降低噴丸變形量。

6.結(jié)語

該工件作為半開對接組合式結(jié)構(gòu)零件，因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及加工的不穩(wěn)定性，在加工制造時有一定的難度。如何消除零件組合后的間隙，同時減少零件加工制造過程中產(chǎn)生的裝夾變形、切削應(yīng)力變形等，只能通過相應(yīng)的工藝保證。本文介紹的工藝方法較為典型，具有一定的推廣意義。