超高強度鋼橢球面叉形零件的切削加工工藝

□ 黃承志

貴州航宇科技發展股份有限公司 貴陽 550081

1 材料概況

超高強度鋼D406A是我國自行研制生產的一種合金鋼,因其具有良好的塑性、沖擊韌性及高強度等特點,而廣泛應用于航天某型號發動機及固體火箭發動機殼體的主導材料。

生產中發現,超高強度鋼D406A經過熱處理強化后,其洛氏硬度HRC高達48～52,抗拉強度大于1 620 MPa,切削加工較為困難。因此,對超高強度鋼D406A切削加工工藝的研究,對提高零件加工效率和加工質量具有重要的意義。

2 材料性能

超高強度鋼D406A切削加工的難度主要由材料本身的化學成分、金相組織和力學性能所決定,其化學成分及力學性能見表1、見表2。

表1 D406A化學成分

表2 D406A力學性能

3 零件加工分析

4 加工過程設計

(1) 加工工藝方案。通過對橢球面叉形零件結構及加工難點的分析,制定出以下加工工藝方案:① 將毛坯大端面及部分內外圓車見光,作為后續加工的基準;② 裝夾大端內徑,預留單邊1.5 mm余量,車小端面及外型面;③ 掉頭裝夾大外徑,預留單邊1.5 mm余量,車大端面及內型面;④ 編制數控程序,精車小端面及外型面到圖紙要求尺寸;⑤ 編制數控程序,精車內型面到圖紙要求尺寸,完成零件的加工。

▲圖1 零件三維模型▲圖2 零件加工尺寸

(2) 選擇刀具。因在D406A鋼熱處理強化后的加工中,切削力很大,容易出現崩刃現象。所以粗車時選用抗沖擊性較強的硬質合金刀具YG8,精車時選用涂層硬質合金刀具CNMG120408MP。

(3) 加工內外橢球面的數控程序。

精車小端面及外型面,Z零點為零件上端面,程序如下:

N05 T0101 M06;

N10 G40 G00 X800.000 Z50.000;

N15 G00 X618.373;

N20 Z0.284;

N25 G97 S30 M03;

N30 M08;

N35 G99;

N40 G01 X691.131 Z0.000 F0.5;

N45 G03 X692.578 Z-0.289 R1.050;

N50 X733.986 Z23.639 R183.480;

N55 X760.261 Z-44.444 R151.387;

N60 X760.500 Z-44.930 R1.050;

N65 G01 Z-154.100;

N70 X763.328 Z-155.514;

N75 G00 X800.000;

N80 Z50.000;

N85 M05;

N90 M30。

精車內型面,Z零點為零件上端面,程序如下:

N05 T0202 M06;

N10 G40 G00 X600.000 Z50.000;

N15 G00 X743.359;

N20 Z0.284;

N25 G97 S30 M03;

N30 M08;

N35 G99;

N40 G01 X739.600 Z0.000 F0.5;

N45 X733.600;

N50 G02 X732.000 Z-0.800 R0.800;

N55 G01 Z-49.800;

N60 G03 X731.157 Z-58.327 R86.698;

N65 X718.824 Z-83.363 R95.235;

N70 X696.566 Z-104.422 R118.320;

N75 X664.614 Z-124.289 R154.431;

N80 X620.818 Z-143.981 R205.921;

N85 G01 X620.200 Z-144.221;

N90 Z-154.100;

N95 Z-156.100;

N100 G00 X600.000;

N105 Z50.000;

N110 M05;

N115 M30。

(4) 切削參數。根據零件材料、尺寸精度、表面粗糙度的要求,結合刀具手冊上推薦的切削數值,確定了刀具的切削參數,見表3。

表3 刀具切削參數

5 生產結果驗證

經過對橢球面叉形零件的加工工藝的研究,合理選用工藝路線、刀具和切削參數。粗車時選用低轉速、慢走刀、大切深的切削方式,精車時選用高轉速、快走刀、小切深的切削方式。在保證了零件尺寸精度的同時,還獲得了很好的生產效率。將毛坯質量約為148 kg切削加工至46 kg的零件,材料去除量約為102 kg,加工時間為13.5 h。部分加工零件的關鍵尺寸及形位公差檢測見表4,加工完成的零件照片如圖3所示。

表4 關鍵尺寸及形位公差檢測

▲圖3 合格零件照片

6 結束語

實踐應用表明,加工超高強度鋼橢球面叉形零件,可以通過編制合理的加工工藝路線,選用合適的刀具及切削參數,提高生產的效率,降低生產成本,帶來很好的經濟效益和社會效益,并且為其它超高強度鋼的零件切削加工提供參考。