密封篦齒環工藝研究

王世威

摘 要：本文是對某機封嚴環零件的加工工藝進行研究，根據零件的結構特點和加工精度的要求，結合高溫合金材料特點，借鑒以往類似零件的加工經驗，除了要依據設計圖紙的技術條件安排必要的檢驗工序外，還應該考慮如何降低零件在加工過程中所受的切削力，減小幾何變形，以此來提高零件的加工精度。

關鍵詞：高溫合金；型腔復雜；薄壁零件

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A

1 引言

隨著航空領域競爭的日益激烈，航空技術的不斷發展與進步，對航空產品的機械性能提出了較高的要求。對于結構尺寸小、重量輕、精度高的薄壁零件的要求越來越多，在新型飛機結構設計與制造過程中，結構性強，重量輕，這就意味著能夠提高航空產品的機動性，增強其所攜帶的負載能力并能獲得更遠的飛行能力，延長航空產品空中飛行能力。因此，在航空港產品的設計與制造的過程中，普遍采用了整體結構設計。整體結構可以減少零件的數目、降低結構重量，飛機可靠性成數十倍地提高。該封嚴環為GH141材料，結構復雜，加工難度大，技術條件要求高，材料硬度高、無專用刀具及夾具，通過材料結構分析，制定合理的工藝路線，選擇適用的刀具，確定精車加工余量，利用組合夾具加工，減少零件變型，使零件加工能夠得到保證，并達到設計要求。

由于機械加工的薄壁環型零件的材料為GH4169切削加工性較差，加工硬化現象嚴重，為解決問題，吸收了以往的加工經驗，控制零件變形量，確保零件產品質量得到保證為確保公司新機生產中任務進度，解決類似零件的加工質量和生產能力是非常重要的。

2 工藝研究

盤前密封篦齒環為GH141材料，結構復雜，臺階篦齒，加工難度較大，技術條件要求高，跳動要求不大于0.03mm，壁厚2mm～3mm，材料硬度高（高于GH4169材料），通過零件結構分析，制定合理的工藝路線，選擇適用的刀具，確定精車加工余量，利用組合夾具加工，減少零件變型，使零件加工能夠得到保證。由于機械加工的薄壁環形零件的材料為GH141切削加工性較差，加工硬化現象嚴重，為解決問題，吸收了以往加工GH4169材料經驗，控制零件變形量，確保零件產品質量得到保證，為確保公司新機生產中任務進度，解決類似零件的加工質量和生產能力是非常重要的。為解決以上技術關鍵，從國外先進技術出發，結合目前的生產情況，合理的利用現有設備，收集數據，總結零件變型規律，有針對性制定具體措施，優化工藝，固話切削參數，改進夾具結構和切削方法。采用精車利用專用夾具，通過對零件的分析，制定合理的工藝加工方法，加工中精加工可采用高精度車床加工，以確保零件的精度要求，鉆鉸孔采用數控銑床，花鍵槽采用電加工慢走絲設備，做到設備的合理使用。

我們從生產實際出發，針對零件結構特點分析出加工難度，研究確定加工方案，制定出合理的工藝路線。

（1）加工階段的劃分

粗車階段：這個階段要切去毛坯大部分多余的金屬，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品。

半精車階段：切去的余量在粗、加工工序之間，留有一定的精加工余量，為精加工做準備。

精加工階段：切去的余量很少，其目的是保證各主要表面達到規定的圖紙，尺寸精度和粗糙度要求。

（2）合理使用設備

加工過程劃分后，組加工可采用功率大，剛性好和精度較低的高效率機床，精加工可采用高精度機床，以確保零件達到設計要求，選擇合理的切削參數，從中收集試驗數據，摸索加工規律，吸收總結先進的加工經驗，以便在以后的加工中推廣應用，并采用先進的數控加工技術，適應未來制造技術的發展需求。

3 加工方案的制定

對零件進行工藝分析后，確定出工藝難點：篦齒外徑直徑301.52-0.04，直徑295.52-0.04，直徑289.52-0.04，對基準AB跳動為直徑0.03，基準A對B的垂直度0.03，由于零件壁薄，在加工時極易產生變形，加工難度大。

盤前密封篦齒環零件在加工過程中極易產生變形，為解決零件易變形，必須合理安排工藝路線，特別在裝夾過程中，要選擇合理的定位基準和夾緊方法，既要保證零件的加工可行性，又要減少切削產生的應力對零件變形的影響，在加工篦齒環時，采取留工藝臺的方法，使加工篦齒得以能夠進行，并運用普通車床和數控車床相結合進行加工，采用逐步去除余量和及時修正變形的工藝方法。

通過對零件的分析，制定合理的工藝加工方法，選用合理的設備，加工中精加工可采用高精度車床加工，以確保零件的精度要求，做到設備的合理使用。

工藝路線：0毛料圖表—5車超聲波第一面—10車超聲波第二面—15洗滌—20超聲波檢查—25粗車一端—30粗車另一端—35消除應力熱處理—40車基準—45車另一端—50精車內孔—55精車外圓及篦齒—60標印—65車倒角—70洗滌—75熒光檢查—80洗滌—85中間檢查—90噴涂篦齒—95噴涂后檢查—100靜平衡—105平衡去重—110洗滌—115熒光檢查—120洗滌—125最終檢查—130包裝入庫。

4 工序加工

盤前密封篦齒環零件在50工序進行精加工，在加工內孔基準尺寸時，由于內孔表面尺寸公差嚴，零件基準斷面對基準A垂直度0.03，要求較高，給車加工提出了很高的要求，現采用合理的定位表面和壓緊方法，選擇合理的切削參數，達到了圖紙要求。55工序，精車臺階篦齒時，對基準AB跳動為0.03，由于零件材料為GH141，臺階篦齒寬度有限，加工中需要刀具有較高的加工性能，在加工中冷卻液要充足以降低刀具的溫度，防止刀具損壞和打刀，在加工中要隨時觀察加工情況，如果刀具磨損嚴重應更換新的刀具，通過加工本工序，積累了加工經驗，為GH141材料零件提供加工參數。100工序和105工序，靜平衡，對薄壁零件噴涂后進行平衡去重，本身就有相當大難度，更是由于噴涂的原因，更是不易保證剩余不平衡量。在保證夾具平衡的基礎上，去重部位采用數控銑床，保證銑削部位及去重的準確性，達到設計要求。

加工設備采用普通車床和數控車床TUR30。加工特點如下：

（1）刀具容易磨損，高溫合金中的碳化物硬度高，使刀具加劇磨損，在前刀面上產生月牙狀磨損。

（2）加工硬化現象嚴重，硬化層的硬度比基體大。

（3）切削溫度比較高。

（4）切削力大。

（5）切削過程中，容易產生積屑瘤，不僅加劇刀具磨損，還會引起已經加工表面出現斷裂現象，降低表面質量。

加工注意事項如下：

（1）由于切削力大，切削溫度高，要求刀具、工件及機床工藝系統剛性好，刀具材料應選用耐磨損，強度高，導熱性好的材料。

（2）為了減少加工硬化，應正確選擇切削用量，進給量和切削深度不宜過小，已防止在硬化層中切削而降低刀具壽命。

（3）高溫合金導熱性差，切削時局部溫度較高，線膨脹系數較大，容易產生熱變形，精加工時宜采用充足的冷卻液。

5 切削加工過程仿真

切削加工是一個包含復雜的熱、力、機械的耦合過程，是一個復雜的高度非線性問題，其加工過程中的溫度、應力、應變等也很難準確實時獲知。切削加工模擬則可以在計算機中再現工件和刀具相對運動的全過程，動態顯示熱流、相變、溫度和應力等分布情況。

（1）力分析

不同時間節點工件的應力分布變化不大。金屬切削過程中存在三個變形區：切削層金屬經受塑性變形成為切屑的第一變形區，刀具與前刀面產生摩擦的第二變形區和刀具后刀面與新形成表面接觸的第三變形區，因為刀具鋒利，所以第三變形區被忽略。圖是鉆削模擬達到穩態時的應力分布，位于第一變形區，這是由于金屬在第一變形區發生極大的剪切變形，切屑的應力隨著切屑的卷離前刀面而逐漸得到釋放，工件上只在靠近切削區處存在應力，而遠離切削區的區域應力很小。由第一變形區最大應力的等值線圖可知，剪切面并非理想的平面，而是一個有一定帶寬的變形區。該狹長的區域與切削速度方向的夾角為剪切角，增大剪切角可減小作用于前刀面的切削力，有利于減少刀具磨損，降低能量消耗等。通過改變刀具的幾何角度可以改變剪切角，因此通過改變刀具的幾何角度可以達到減少刀具磨損的目的，從而有效的提高加工效率，降低加工成本。

（2）溫度分析

最高溫度出現在刀—屑摩擦區域而非第一變形區。這是因為切削層材料經過剪切面成為切屑流出時，被均勻加熱一次，當切屑經過刀—屑接觸摩擦區域時由于摩擦再一次被加熱，而之后在空氣中逐漸冷卻。隨著加工過程的深入加工溫度隨之升高。工件溫度低可減少工件熱變形，提高加工質量，刀具溫度低可提高刀具使用壽命。但是對于鉆削來說，如果鉆屑不能及時排除，鉆屑的熱量將傳遞給渦輪軸和鉆頭，直接影響加工精度。所以，鉆屑的及時排出對于鉆削加工是一個特別重要的問題。

結論

封嚴環為GH141材料按現在的工藝路線加工，順利的完成，達到了設計要求，說明工藝路線合理，工裝刀具能夠滿足加工要求，選用的設備正確合理，為定型后大批量生產奠定了非常好的基礎。通過非封嚴環零件的加工，對零件的工藝方法有了深入的了解，積累了加工經驗，為定型做好了準備，加工過程中遇到了許多的困難和問題，在解決問題的過程中，經過不斷學習和研究，提高了技能，增長了知識，積累了寶貴的經驗。

按照之前確定評審的加工方案，以及對加工過程中各加工參數的細化適時調整，進行零件的加工驗證，做大限度的降低了零件在加工過程中的變形，提高了零件的加工精度及合格率，保證了零件的合格交付。

參考文獻

[1]顧方剛.篦齒密封裝置標準的剖析[J].航空標準化與質量，1982（04）.