淺談薄壁杯形墊圈的加工工藝

王曉云 胡忠彪 吳夢綿

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

公司為了推進某產品的國產化進程，在全公司范圍內組織相關單位進行必換件和易損件的生產。在產品更換過程中，杯形墊圈是必換件，磨損度較高，需求量較大，必須大量生產。為滿足備件充足，確保產品能正常交付，公司決定自行生產杯形墊圈這種零件。那么合理安排工藝流程，選擇較好的加工方法，降低生產成本，縮短加工周期，提高工作效率，加工出符合設計要求的產品勢在必行。

杯形墊圈在低壓壓氣機轉子上起固定鎖緊的作用。材料為不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），具有較好的耐蝕性能和高溫抗氧化性。無磁性，焊接性能良好。其毛料狀態設計要求為模鍛件或精密軋制。為節約成本，經過與設計部門協商，同意毛料采用自由鍛狀態。由于杯形墊圈是薄壁零件，所以在對此零件未有任何生產經驗的情況下，根據設計要求（見圖1）尋求最佳的工藝流程，初步編制了兩種工藝路線。

路線1：毛料→粗車→半精車→精車并切斷→銑加工去毛刺→洗滌→ 最終檢驗→ 洗滌→ 鈍化

路線2：毛料→粗車→半精車→精車并切斷→磨端面線切割→洗滌→最終檢驗→ 洗滌→鈍化

作為試驗樣本，在加工產品期間，一邊加工，一邊針對加工過程中出現的各種問題進行現場解決。并做好各種加工數據和加工方法的記錄，為隨時更改工藝路線做好準備。

杯形墊圈是薄壁件，壁厚最薄處的中間值為0.8mm，寬度為9mm（見圖1）。在研制過程中，按照上述兩種加工方法，零件表面都會發生翹曲變形，均達不到設計的要求。由此看出，這兩種工藝路線和工藝方法還存在著不完善、不合理的地方，所以為了加工出符合設計要求的產品就必須尋求一種解決零件在加工中出現變形問題的最佳途徑。

零件從毛坯經粗加工、半精加工這幾道工序后，都沒有產生零件的變形問題。但是在精車并切斷時，加工下來的零件明顯變形。零件表面成碟狀，中間低，外端面翹起，經過自然釋放應力后，零件的平面度仍在0.1-0.5mm之間。為解決此問題，在車加工中端面留有少許余量，增加磨加工工序。由于材料是不銹鋼，不具有磁性，在圓盤上吸不住，所以設計了自制夾具。在設計自制夾具的過程中，充分考慮到零件為薄壁件，就做了一個胎具，把零件裝入自制夾具中，以內孔為配合面，輔助支撐小端面，用小螺釘從六點均勻的壓緊小外圓的側面，磨大端面。在加工中，由于零件在轉，砂輪一次只能磨著大端面的一小部分，又有擠壓力，造成零件受力不均。經多次試驗，磨出來的零件端面厚度還是不均勻，零件的平面度還是不符合設計要求。至此，磨加工根本解決不了問題。另外，在銑加工外型面時，由于零件已經變形很嚴重，端面已經不平，再以端面為基準，壓緊另一面，零件處于翹曲狀態。一是接觸面不好，二是壓緊后加工出來的零件反彈性更大，平行度和跳動根本滿足不了設計的要求，所以為防止再度變形，把銑加工變成線切割加工，減少零件的變形量。總之，增加磨工序，或是把銑加工變成線切割加工，都是由于零件在切斷時就已經變形。經過加工者多次試驗發現，零件切下來后馬上變形，經自然應力釋放后，部分零件的翹曲度不大，所以切斷時零件的表面應力是使零件變形的主要因素。這就要在車加工時就把問題最小化。

綜上所述，零件在切下來后就變形，是因為零件小外圓處壁薄，大外圓處壁厚，切零件時散熱不均，最終導致加工下來的零件變成碟狀。所以，在加工精車型面并切斷這道工序時：

1選用的刀具材料為YW2（鎢鈦鈷類硬質合金），適合于加工不銹鋼的材料。

2加工中轉速要低（≤160r/min），刀具要快，進給量要小，以防止切削速度增加時 ，切削溫度隨之增加，零件表面的殘余應力變大，造成零件的變形量增大。

3此工序分6個工步，如下：

粗車：按圖樣車加工外圓各尺寸，單邊留余量0.2-0.3mm（等零件自然冷卻后再進行精加工）

半精加工：加工圖樣中的各尺寸1、2、3、4、5、6、7、8，其中 2、3、4、6、7、8單邊留余量 0.1mm

切外圓：按圖樣切外圓，尺寸至ф128mm，保證尺寸9

切內圓：按圖樣切內圓，尺寸至ф120mm（等零件自然冷卻后再進行下一步）

精加工：車加工尺寸2、3、4、6、7、8

切斷（見圖2）

4加工20工序：車端面及倒角（見圖3）所用工裝3B312-2692，此夾具為4點壓緊，壓緊力要均勻。此工序分為兩個工步：以A、B為基準，壓緊C，按圖樣I加工1、2、3；壓緊 D松開C，按圖樣II加工，保證尺寸1.5-0.1，允許有接刀痕，不大余0.02mm。（接刀處用砂紙打磨平，分為兩個工步的原因：零件壁薄，定位基準和車加工表面窄小；在線切割工序中接刀痕可加工掉）

5增加鉆孔工序：為了方便線切割加工工序，在零件Ф136的圓上任意處鉆個Ф3的工藝定位孔。這樣，線切割加工時就不用再另派工裝，既節省了費用，工藝孔也會在切割加工時被加工掉。

至此，經過加工者的多次試驗和工藝規程的逐步完善，最終制定出了一套行之有效的工藝路線和工藝方法。如下所示：

毛料→粗車基準面→粗車另一端面、外圓及內孔→精車型面并切斷→車端面及倒角→鉆孔→去毛刺→線切割→拋光→洗滌→最終檢驗洗滌→鈍化

一種產品從提出方案到最后定型，不可能輕而易舉地完成。它必須經過反復的論證，不斷的完善，最終才能形成合格的產品。杯形墊圈從最初的試制加工，到發現問題，然后針對問題產生的原因，進行分析、探討和研究，最后提出解決方案。再進行試加工，一直到加工工藝的成功定型，生產出合格的零件，整個過程都是有秩、有序、有步驟的進行。該零件的成功為今后相似結構的零件加工起到了一個很好的借鑒作用。

[1]《機械加工手冊》【M】.北京：機械工業出版社

[2]《工程材料實用手冊》【M】.北京：中國標準出版社

[3]《航空材料手冊》【M】.北京：國防工業出版社