小直徑鼓筒車加工技術研究

陳亞莉1趙鵬飛文國軍

（1.空軍駐沈陽黎明發動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

小直徑鼓筒車加工技術研究

陳亞莉1趙鵬飛2文國軍2

（1.空軍駐沈陽黎明發動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

小直徑鼓筒屬于發動機中的關鍵旋轉部件，零件的結構復雜，精度要求高，內部封閉型腔深度較深，空間狹小，由于切削時干涉情況嚴重，材料切削性能較差，加工的難度大。

小直徑鼓筒車；內型面刀具；加工；研究

1 概述

鼓筒類零件一般具有結構較為復雜、封閉型腔多、精度要求高、技術條件要求嚴格、零件價值巨大、工藝復雜、加工難度大、制造周期長的特點。尤其是直徑尺寸在Φ350mm以下的小直徑鼓筒零件，由于其尺寸較小，空間更為狹窄，干涉現象嚴重，給零件的刀具設計、加工刀軌的規劃以及零件的檢測增添了難度，對制造技術水平的要求更高。

典型的小直徑鼓筒類零件，由三級單盤通過電子束焊連接成，材料為GH4169，切削性能差，零件腹板間形成兩級封閉的型腔，內腔焊縫位置深度深直徑為Φ3XXmm，盤心最小直徑僅為Φ9X+0.035mm，零件高度為1XX±0.05mm，零件結構緊湊，型面復雜，技術條件嚴格，刀具厚度薄、強度低，切削性能差，內腔表面質量難以保證。

2 零件圖紙分析

（1）加工尺寸要求

鼓筒組件零件總長尺寸為13X±0.05， 最 小 盤 心 直 徑 為Φ9X+0.035，深腔焊縫處直徑尺寸約為Φ3XXmm，腹板盤心跳動為0.03mm，腹板端面對基準跳動要求為0.05。

（2）零件加工難點分析

1）零件材料為鎳基高溫合金GH4169，材料的硬度與強度較高，加工時切削負荷較大，表面加工硬化現象嚴重，刀具磨損劇烈，刀具壽命明顯下降，保證零件的加工精度較為困難。

2）零件的直徑較小，型面復雜，封閉型腔較深，干涉現象嚴重。由于空間狹小，為了避免切削時干涉，封閉型面加工刀具的尺寸較小，刀具強度較低，刀具設計的難度較大。腹板盤心最小直徑為Φ9X，腹板間最小距僅為18mm，深腔焊縫處直徑尺寸約為Φ3XXmm，焊縫車刀厚度要在10mm以下，刀具懸伸距離要大于92mm以上，才能實現加工，切削時刀具震刀嚴重，加工后零件表面粗糙度較差。

3 加工難點解決方案

（1）零件材料難加工，切削刀片時要選取帶有適用于高溫合金涂層的機夾刀片，增加刀片的耐磨性，并通過試驗確定刀具磨損壽命，根據刀具壽命規劃換刀點，保證切削的性能。同時在加工過程中，澆注大量冷卻液，降低切削熱量，保持良好的切削環境，提高切削效率。

（2）對于零件尺寸較小，刀具與工件干涉情況嚴重的情況，根據零件實際的圖形設計非標刀具，在滿足切削的同時盡量提高刀具的強度，減少加工的讓刀現象，并按照設計的刀具在計算機中進行模擬驗證，保證切削的安全。

（3）針對零件內腔焊縫型腔較深，刀具懸深長，運行空間狹小，易產生震紋現象，在設計刀具時，選取切削半徑小的刀片進行加工，降低切削力，從而減小刀具切削時的震動，提高零件表面粗超度。

4 內型面刀具設計方案

小直徑鼓筒組件內腔型面包括腹板間與深腔底面之間形成的封閉型腔，需要專用的刀具才能到達加工表面，腹板盤心直徑分別為Φ9X、Φ1XX，加工時需要分別從一級盤心或三級盤心處進刀，避讓開盤心直徑僅Φ9X的二級盤，由于腹板間最小距僅為1Xmm，深腔焊縫處直徑尺寸約為Φ3XXmm，焊縫車刀厚度要在10mm以下，刀具懸伸距離要大于92mm以上，為了降低刀具震動，刀片切削圓角選擇為R0.4的刀片，加上腹板輪轂部位加工需要，設計車盤心、車上下端面的非標刀具，共計4種刀具，并兼顧三級安裝邊內部型面加工（典型刀具結構見圖1）。

5 數控程序編制

圖1 車加工盤間內腔焊縫典型刀具示意圖

零件腹板及內腔型面的程序，采用刀心編程方式，刀具對刀點選擇在刀片圓R中心，每段程序刀具快速移近零件待加工表面，距離表面0.5mm時，以進給速度開始切削，轉速一般選定80～100轉/分鐘，進給速度在0.12mm/轉左右，盡量減少刀具空行程的時間，同一把刀盡量去除盡可能多的材料，再調用另一把刀具繼續加工，由于所選用的數控立車帶有機內對刀裝置，對刀的精度足以滿足零件半精車的精度要求，所以在加工時無需人為停機測量，對好刀后直接可以調用程序加工。腹板及兩側安裝邊之間，屬于封閉型腔，零件的干涉面較多，加工時無法觀察切削情況，編程時需考慮刀片、刀桿的外廓尺寸，刀桿與腹板間留有一定的安全距離，規劃好進退刀的軌跡，退刀后刀具遠離工件，保證安全。

按照設定好的刀具軌跡完成程序的編制，用軟件模擬走刀軌跡，檢查刀軌的正確與否及刀具與零件的干涉狀況，保證實際加工的順利進行。

6 零件研制加工試驗過程

精車零件內腔型面，按照編排好的順序，調用數控程序進行加工，由于所加工型腔屬封閉型面，冷卻液無法直接噴到加工表面，刀具磨損的速度較快，加工后的表面質量較差，為了解決該問題，制作了泡沫圓盤，與零件下腹板盤心緊密貼合，在加工時冷卻液充滿加工型腔，進行切削冷卻，刀具壽命大幅提高。

結果

按照上述各步驟加工出的小直徑鼓筒零件，經檢測達到設計的使用要求，驗證了編制的數控加工程序正確、合理，選擇刀具、切削參數，換刀次數、接刀點位置的合理、準確。小直徑封閉狹長內腔型面車削的成功加工，解決了刀具強度較低造成的表面質量差、刀具與零件干涉等加工難題，提升了發動機制造的技術水平，為今后類似零件加工積累了寶貴經驗，具有較高的現實意義，應用前景廣泛。

[1]柯明揚.機械制造工藝學[M].北京：航空航天大學出版社，1996.

[2]黃鶴汀，吳善元.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

TG51 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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