控制異型環段結構零件加工變形的工藝研究

邢利君+高樹林+沈馨娥

摘 要：文章分析了某發動機前支架外部嵌板研制過程中加工難點，并有針對性的闡述了該前支架外部嵌板車加工、銑、鉆加工大直徑小環段異型結構零件加工變形的控制。確定了有效地加工工藝方案，解決了異型環段結構零件加工變形的技術難題，提高零件加工的合格率，具備極大地推廣價值。

關鍵詞：前支架外部嵌板；加工；變形控制

引言

某發動機前支架外部嵌板結構簡圖見圖1，零件為大直徑小環段異型結構零件，其材料為鎳基高溫合金，硬度為HRC46-48，零件硬度高，且為短環異型零件車、鉆、銑加工，加工難度很大，屬于易變型難加工零件，需要通過攻關研究確定前支架外部嵌板的工藝，解決車、鉆、銑加工過程中的難題，解決零件鉚接松動、鉚偏等難題。

圖1 前支架外部嵌板簡圖

1 大直徑小環段異性結構零件加工工藝性分析

1.1 零件結構分析

該零件直徑為ф1165±0.05mm，壁厚為3±0.1mm，弧段為18.5°，為大直徑小環段異型結構零件。機械加工中存在定位壓緊不可靠及斷屑切削等系列問題。

1.2 零件材料分析

零件材料：AMS5662，相當于國產牌號：GH169。該材料為鎳基高溫合金，硬度高，材料的切削性極差，給零件的車削、鉆、銑加工帶來極大的難度。

1.3 加工難點分析

針對在實踐加工中出現的問題，制定相應的措施，并在不斷摸索中尋求防止變形的有效解決方法，及時進行經驗總結。零件的加工難度主要有以下幾點：大直徑小環段異型結構零件加工中因系統剛性差，強度低，切削易產生振動，影響零件加工精度；小孔的位置度要求：ф0.05不易保證；加工余量、加工參數、定位夾緊、刀具的選擇、需要調整和重新確定，并做了相應的改進；零件組合后鉚接存在易鉚偏問題。

2 確定有效的加工工藝方案

2.1 確定工藝路線

由于零件直徑為ф1165±0.05mm，壁厚為3±0.1mm，弧段為18.5°，為大直徑小環段異型結構零件，該工藝路線的安排，要充分考慮到克服零件加工變形，加工工藝路線安排為：毛料（環料）→車基準→車內外型面→加工定位孔→線切割切斷→銑內外輪廓→線切割槽輪廓→銑輪廓及鉆孔→去毛刺→清洗→標印→中間檢驗→熒光滲透檢查→裝配→最終檢驗→入庫。

2.2 改進數控程序提高車加工效率

主要改善方法：調整數控程序，更改走刀路線。在車內外型面時，余量約在25mm左右，且該零件HRC=46～48。改善前采用輪廓方式編程，且加工參數為S=7、f=0.10mm，X向每刀上0.5mm，每刀走刀時間1.6小時。這樣總共走刀時間為160小時。

改善后經試驗加工采用切刀去余量（為精加工留2mm余量），及輪廓程序精車的方式進行加工。粗加工時切刀X向排7刀，Z向切深0.5mm，S=10、f=0.1。精加工時采用輪廓編程方式，加工參數為S=7、f=0.10mm，X向每刀上0.5mm，每刀走刀時間1.6小時。這樣共消耗走刀時間約為48小時。改善后效果分析：車加工工序提高生產效率70%。

3 改進零件銑、鉆加工的裝夾方式，增加輔助支撐，增強剛性

大直徑小環段異型結構零件的難點在于零件定位壓緊不可靠，系統剛性差，強度低，切削易產生振動，其振動可造成鉆頭中心相對工件預鉆中心發生偏移，鉆出的孔徑大于鉆頭直徑或打刀，還將直接影響加工精度、刀具耐用度和切削效率。有效地控制銑、鉆工序零件的振動，即可提高加工精度。為了正確定位壓緊，重新組合了夾具，改進零件的裝夾方式，在原來的線接觸定位方式改為面接觸定位方式，定位壓緊得到了明顯改善，消除了零件與夾具之間的間隙，盡可能提高了整體的剛度，有效解決了銑、鉆定位壓緊不可靠問題，提高了銑、鉆加工精度和孔壁表面質量，生產效率也得到顯著地提高。

4 鉆頭的改進

由于該零件材料為鎳基高溫合金，硬度為HRC46-48，零件硬度高，鉆頭極易發生破損或出現在出鉆時偏斜。為了消除鉆孔偏斜，提高鉆頭的耐用度，在鉆頭的選材及鉆頭的結構上進行改進。選用“外購ф2.5合金鉆頭直接加工”取代“原來用小鉆頭鉆底孔再用ф2.5銑刀加工”。經過試加工，既保證了小孔表面質量，又保證了小孔的位置度ф0.05等關鍵因素，加工過程穩定。由此可見，鉆頭與零件材料的匹配性及鉆頭直徑尺寸的合理選用直接影響鉆頭的耐用度和鉆孔質量。經過改進，提高了鉆孔效率，大大降低刀具消耗，有效的節約成本。

5 采用合理的切削參數

合理的安排切削參數，既可以提高零件的加工質量，又大大地提高了零件的加工效率。

粗車加工切削速度v=35m/min，進給量=0.10mm/r，切削深度ap=3.75mm；

精車加工切削速度v=53m/min，進給量=0.15mm/r，切削深度ap=0.3mm；

銑加工切削速度v=114m/min，進給量=2000mm/min，切削深度ap=0.5mm；

鉆加工切削速度v=24m/min，進給量=60mm/min。

6 改進鉚接裝配工序

該零件的鉚接采用手工鉚接的方法，完全靠人工控制鉚釘成型，在鉚接時，易出現鉚釘松動、鉚接處板材間有間隙或鉚偏等的問題。鉚接裝配質量直接影響零件的總體質量。為了保證鉚接質量，工序對鉚接的細節進行嚴格要求，并要求鉚接人員嚴格按工藝操作，檢查零件在夾具上的定位與支撐、鉚頭設計、鉚頭尺寸材料和硬度以及鉚釘結構對鉚接工藝的適應性，鉚釘結構和鉚接夾具的結構上必需要保持支撐面的面積至少要大于1.2倍的鉚接面的面積，鉚釘與鉚座之間的最大間隙要控制在0.3mm之內。保證鉚釘成型頭部的直徑фD=3.5814min，成型頭部高度H=1.1938min，并保證埋頭鉚釘頭應充滿或凹下埋頭孔，鉚釘頭低于周圍表面0-0.381mm。

7 鉚接存在問題及處理

7.1 成品鉚釘頭部的修整

在修整或鉗加工前，要求成品鉚釘頭部突出不大于0.152mm，修整或鉗加工后，鉚釘頭部應與表面齊平，頭部φ4min。修整時不允許碰傷零件表面。

7.2 鐓制鐓頭方法

成型釘頭與零件之間的間隙不應該通過進一步鐓制而靠攏。由該工序產生的多余的材料形成的重疊或裂紋和鉚釘損壞。在這些情況下應更換鉚釘。

7.3 鉚釘松動。鉚釘松動或鉚接處板材間有間隙不合格。

8 結束語

文章研究了大直徑小環段異型結構零件的基本實現途徑，改進了加工方法、優化了工藝參數，摸索出加工這種零件的有效工藝措施。有效地避免了薄壁大直徑小環段零件加工的變形問題，提高了深孔加工精度、提高了加工效率，取得了良好的效果，形成如下結論：改進數控程序提高車加工效率，調整數控程序，優化走刀路線；改進零件銑、鉆加工裝夾方式，增加輔助支撐，增強剛性；合理選用鉆頭、降耗增效；合理安排切削參數，提高了零件的加工效率；規范鉚接過程，要求鉚接人員嚴格按規范操作。endprint