薄壁環端面磨削技術的研究

鄭琪然 范程程 文國軍

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

薄壁環其精度要求高，加工難度大，壁薄易變形。之前沒有成熟的鈦合金磨削技術，鈦合金磨削容易產生磨削裂紋、燒傷，只能采用車削加工代替磨削加工，車加工尺寸、技術條件很難滿足設計要求。薄壁環車加工后需鉆孔，并還要銑花邊，加工后工件變形大，造成安裝邊端面平行度及著色檢查不能滿足設計要求。通過本項技術的研究，可以顯著改善產品的交付合格指標，完成磨削參數的固化，形成鈦合金磨削加工工藝規程，在同類工件上推廣應用。

1 制定工藝前準備

工件圖分析：薄壁環材料為鈦合金，其精度要求高，加工難度大。該件壁薄易變形，安裝邊壁厚僅1.5mm，安裝邊端面要求平行度0.05，以及著色檢查貼合度，沿周邊無間斷，密接度不少于80%。車加工尺寸、技術條件很難滿足設計要求，安裝邊端面平行度0.05實際為0.07~0.08，著色檢查密接度只能達到 25%~35%，應該采用磨削加工。之前沒有成熟的鈦合金磨削技術，鈦合金磨削容易產生磨削裂紋、燒傷。如圖1所示。

2 鈦合金磨削試驗

之前沒有磨削鈦合金的經驗，沒有成熟的鈦合金磨削技術，對于鈦合金磨削加工沒有進行過系統研究和試驗，對于砂輪選擇、磨削參數等工藝要素沒有可借鑒的經驗和數據，國外對該項技術進行封鎖，同時沒有可以借鑒的資料。全靠工藝試驗進行摸索。鈦合金磨削工藝難度較大，需要試驗的項數較多，影響磨削效果的因素也錯綜復雜。基于此，砂輪結構和材料的選擇、夾具結構、磨削參數的選擇等均為課題需要重點研究的對象。

2.1 砂輪的選擇

磨削鈦合金薄壁環端面的砂輪材料、砂輪結構的確定是影響項目新材料鈦合金磨削技術研究成敗的關鍵技術之一，因此選擇砂輪及其重要。本次試驗選用的砂輪為碳化硅砂輪（GC），粒度為46，硬度為K，形狀為P，尺寸為φ400×φ127×40。

2.2 磨床夾具的設計

確定磨削薄壁環的新型夾具結構也是影響項目鈦合金磨削技術研究成敗的關鍵技術之一。工件的夾緊方式選擇不當，不僅影響加工效率，還會造成工件變形。為此設計了專用的磨床夾具，此裝夾裝置的優點是：

（1）選用軸向壓緊方式，使壓緊力的方向垂直于工件的主要定位基面。

（2）整個工件的壓緊力均勻，且受力面積大，特別適用于薄壁件的精加工。

（3）結構簡單，采用圓形壓蓋壓緊，既保證了剛性又要保證裝卸方便，減少了準備加工時間。

2.3 試驗件的磨削試驗

主要通過鈦合金端面磨削工藝的研究，對薄壁環試件進行了端面磨削試驗，試驗了砂輪、夾具的裝夾、磨削參數。經過試驗，砂輪的選擇和夾具裝夾可行，磨削參數為：砂輪轉速vs=15m/s~20m/s，磨削深度ap=0.01mm，進給速度vf=14m/min。測量了安裝邊端面平行度要求0.05，實測為0.04~0.05，技術條件著色檢查貼合度，沿周邊無間斷，密接度不少于80%，實測著色合格，取得了良好的效果。并進一步對磨削端面進行了熒光檢查、燒傷檢查，證實磨削面無任何缺陷，此次磨削參數試驗取得了較大的成功。

2.4 薄壁環磨削加工

經過前期對試驗件的試驗加工，對鈦合金磨削時砂輪結構和材料的選擇、夾具結構、磨削參數的選擇積累了一定的經驗。故將此經驗運用到正式工件的加工中。

加工了幾批工件，磨削參數為：砂輪轉速vs=15m/s~20m/s，磨削深度ap=0.01mm，進給速度vf=14m/min。其平行度0.05為0.04~0.05，著色檢查貼合度，沿周邊無間斷，密接度不少于80%合格，合格率達到了100%。并對磨削面進行了熒光檢查、燒傷檢查，證實磨削面無任何缺陷。

圖1 工件三維示意圖

結語

經過薄壁環磨削試驗的研究，從而確定了磨削方法，結果表明磨削方法可行，工件加工符合設計要求。通過本項技術的研究，顯著改善了產品的交付合格指標，確定了鈦合金端面磨削的砂輪的材料和結構，完成磨削參數的固化，形成鈦合金端面磨削加工工藝文件，可在類似工件上推廣應用。

[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]張幼楨.金屬切削原理及刀具[M].北京：國防工業出版社，1990.

[3]黃鶴汀、吳善元.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[4]陳日曜.金屬切削原理（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2000.