提高汽蝕管深錐孔粗糙度的工藝改進(jìn)

崔 薇，甘養(yǎng)偉

（西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)廠，陜西 西安 710199）

引言

汽蝕管結(jié)構(gòu)為深錐孔與喇叭狀在喉部進(jìn)行收斂。汽蝕管又稱文氏管，是利用文丘里效應(yīng)，在汽蝕管工作時(shí)，當(dāng)液體由喇叭孔流入，經(jīng)過(guò)喉部，將液體先收斂再擴(kuò)散，液體由粗變細(xì)加快流速，液體的壓力低于該溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體中產(chǎn)生大量的氣泡，也就是汽蝕現(xiàn)象。只有充分汽蝕后，才能控制液體流量保持不變，同時(shí)可以抑制脈動(dòng)壓力反向傳遞，從而保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

1 零件結(jié)構(gòu)及加工流程

1.1 零件結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）

汽蝕管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，因其流量調(diào)節(jié)精度高，可抑制系統(tǒng)振動(dòng)，降低系統(tǒng)工作噪聲，在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。某主汽蝕管材料為L(zhǎng)D10，喉部直徑約為Φ26 mm以上，深錐孔角度為8°，長(zhǎng)度約為130 mm，粗糙度為Ra0.8μm。

1.2 加工工藝流程（見(jiàn)圖2）

該汽蝕管采用車工切削加工工藝制造，從加工流程可以看出，為了保證產(chǎn)品尺寸，分了多道粗加工、半精加工以及精加工工序，目前狀態(tài)為尺寸保證良好，但精加工深錐孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，孔壁有均勻且明顯的振紋，粗糙度Ra0.8達(dá)不到藍(lán)圖的粗糙度要求，針對(duì)該問(wèn)題需分析易產(chǎn)生振紋的原因并制定有效控制措施。

2 加工難點(diǎn)及原因分析

深錐孔長(zhǎng)度約130 mm，孔內(nèi)帶有8°錐角，精加工時(shí)單邊留有0.5 mm余量，由深錐孔孔口一直加工至喉部圓角處，因此需要使用加長(zhǎng)刀桿加工。在車削時(shí)，使用軟爪裝夾汽蝕管一端，裝夾長(zhǎng)度約為20 mm，工件總長(zhǎng)160 mm，因此有140 mm懸伸出來(lái)，而刀具需要有效切削長(zhǎng)度大于130 mm，為避免在喉部位置干涉，有效切削長(zhǎng)度又細(xì)又長(zhǎng)，懸伸長(zhǎng)度在130 mm以上。綜上所述，由于工件和刀具都沒(méi)有得到有力支撐，剛性極差，在兩者相接處時(shí)因?yàn)檎駝?dòng)頻率不同而產(chǎn)生了振紋。藍(lán)圖設(shè)計(jì)要求粗糙度為Ra0.8μm，但實(shí)際加工出來(lái)約為Ra3.2。為了達(dá)到設(shè)計(jì)藍(lán)圖的粗糙度要求，車削加工完成后，還需要使用砂紙拋光型面，雖拋光后可滿足要求，但還是延長(zhǎng)了交付周期，內(nèi)型面經(jīng)過(guò)拋光之后，型面存在稍許偏差的風(fēng)險(xiǎn)。

3 改善措施

為了完成深錐孔的一次加工，采用加長(zhǎng)一體式專用刀具完成。圖3所示為之前所使用的專用刀具，1號(hào)刀具和2號(hào)刀具的主要區(qū)別為有效切削長(zhǎng)度的粗細(xì)不同。

經(jīng)過(guò)原因分析，判定造成振紋的原因?yàn)楣ぜc刀具剛性差。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原因，在加工深錐孔一側(cè)時(shí)，無(wú)法對(duì)工件內(nèi)外進(jìn)行支撐，因此，提高刀具剛性成為解決問(wèn)題的唯一方法。

由零件結(jié)構(gòu)圖可知，深錐孔8°±10′加工完成后不易測(cè)量，僅能抽檢使用三坐標(biāo)檢測(cè)，其內(nèi)型面角度均靠數(shù)控程序及刀具保證，因此對(duì)加工汽蝕管的刀具對(duì)刀尖精度要求極高，若刀尖與工件軸線有偏差，則深錐孔8°±10′無(wú)法保證。

1、2號(hào)刀具為一體式手磨刀，該類型刀具的缺點(diǎn)是：刀尖磨損后需要手工刃磨，刃磨有難度，且耗時(shí)較長(zhǎng)，需1d時(shí)間；刀尖損耗后會(huì)刃磨掉部分長(zhǎng)度，同時(shí)也會(huì)縮短刀桿的有效長(zhǎng)度，最終會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)度不足而報(bào)廢；裝夾、找正時(shí)間長(zhǎng)，靠目測(cè)和操作經(jīng)驗(yàn)，找正一件產(chǎn)品耗時(shí)約40 min；剛性差，無(wú)法滿足粗糙度要求。

1、2號(hào)刀具加工深錐孔后粗糙度不達(dá)標(biāo)，操作者還需用砂紙進(jìn)行拋光，嚴(yán)重影響交付進(jìn)度，深錐孔角度經(jīng)過(guò)拋光后也存在超差風(fēng)險(xiǎn)。因此定制3號(hào)加長(zhǎng)刀具（如圖4所示）加工。

3號(hào)刀具的優(yōu)點(diǎn)是：刀片為可換標(biāo)準(zhǔn)刀片，磨損后僅需替換刀片，不會(huì)影響有效切削長(zhǎng)度；通過(guò)刃磨改變標(biāo)準(zhǔn)刀片形狀，有效避免干涉問(wèn)題，同時(shí)刃磨刀片時(shí)間很短，僅需1 h。但在試用期間，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用該刀桿，震動(dòng)情況并未改善，說(shuō)明刀具減震效果不理想。

為提高刀具的剛性，加強(qiáng)減震效果，設(shè)計(jì)并制造專用加固刀套，結(jié)構(gòu)及裝配方式如圖5所示。

刀套制作亮點(diǎn)：

1）圓柱段部分直徑與機(jī)床刀套直徑一致，有利于快速裝卸刀具，且無(wú)需對(duì)刀，僅需將圓柱段兩孔位置固定，就可實(shí)現(xiàn)0誤差對(duì)刀；

2）錐段部分起加固作用，將刀桿套入后使用兩處螺釘頂緊固定，不僅可以防止刀桿在刀套內(nèi)晃動(dòng)，還能有效提高刀桿有效加持部位的剛性。錐段型面有部分切除，是防止刀尖在貼近喉部位置時(shí)刀桿與工件深錐孔發(fā)生干涉；

3）刀具采用內(nèi)冷卻。內(nèi)冷在冷卻效果上要明顯好于外冷，在加工深錐孔這樣的場(chǎng)合，外澆冷卻液是無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi)，這樣，鉆頭的切削刃無(wú)法進(jìn)行有效冷卻，而內(nèi)冷發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，還可以將鋁屑沖出去，防止纏屑，有利于提高型面粗糙度。

4 改進(jìn)后結(jié)果

經(jīng)過(guò)反復(fù)更改、完善加固刀套的長(zhǎng)度、直徑后，試加工一批該汽蝕管，在加工深錐孔時(shí)刀桿不再振動(dòng)，內(nèi)型面沒(méi)有振紋產(chǎn)生，無(wú)需二次砂紙拋光。同時(shí)，液試結(jié)果也合格。結(jié)果證明，該加固刀套能有效吸收刀桿振動(dòng)，提高加持部分的剛性，避免工件與刀具接觸時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)，可平穩(wěn)加工深錐孔型面，使型面粗糙度不再出現(xiàn)均勻明顯的車削紋路。

5 推廣應(yīng)用

通過(guò)上述分析與論證，對(duì)于類似深長(zhǎng)孔的加工均有借鑒作用。在專用刀具上增加加固刀套，既可以提高刀具剛性，減少振動(dòng)，保證產(chǎn)品粗糙度，還可以減少拋光帶來(lái)的尺寸超差風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約時(shí)間，大大提高交付進(jìn)度。

6 結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)不斷快速發(fā)展的今天，發(fā)現(xiàn)類似的振動(dòng)問(wèn)題不能盲目靠購(gòu)買專用進(jìn)口減震刀桿解決，通過(guò)分析造成振紋的原因，試制合適的刀具、刀桿，也可以解決問(wèn)題，為車間節(jié)省出近萬(wàn)元的購(gòu)買刀桿成本。通過(guò)采取改進(jìn)措施，完美解決了振紋問(wèn)題，精加工深錐孔一次到位，汽蝕管得以順利交付，有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量和交貨期。

（編輯：郭萍茹）