大直徑精密復雜型面薄片零件車削加工工藝研究

魏軍++李成武

摘 要：本文以新一代航空發動機高溫合金材料大直徑精密復雜型面薄壁封嚴擋片為載體，分析了薄片零件車加工的加工工藝的特點，介紹了一種大直徑精密型面薄片零件車加工的加工工藝方法。從優化零件加工工藝路線，改進傳統的工藝加工方案，研究精密型面薄片零件車削工藝，為制訂同類薄片零件的車削加工工藝方法提供了新的思路。

關鍵詞：薄片零件；彎曲變形；形位公差

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

0.引言

在機械加工技術中，特別是在航空發動機、燃氣輪機渦輪轉子零件加工制造中，大直徑精密復雜型面薄片零件的加工一直是薄壁環形件加工的技術關鍵，此類技術一直備受關注。

航空發動機精密復雜型面薄壁封嚴擋片的加工，由于零件型面要求復雜，無法按常規工藝方法選擇在平面磨床上磨削加工，只能選擇車削加工。大直徑精密復雜型面薄片零件車削加工難以裝夾，極易發生變形，從而無法滿足形位公差及尺寸公差精度的要求。本文提供一種大直徑精密復雜型面薄片零件加工，特別是涉及一種無法實現磨削加工薄片零件的車削加工方法及其專用夾具，具有簡單易實現，加工質量穩定的優點，尤其適合批量生產。

1.薄壁封嚴擋片零件工藝性分析

1.1 薄壁封嚴擋片零件結構分析

封嚴擋片是一種難切削鎳基高溫合金材料大直徑精密復雜型面薄片類零件，尺寸多、精度高封嚴擋片主要結構：最大外圓直徑為ф671，有4處不同尺寸的型面，其中兩處型面壁厚公差僅為0.05和0.04，兩處型面以圓錐面連接，不允許有接刀臺。整個零件最小壁厚為1.2mm，最大為2.4mm。高精度薄片工件通常采用磨削加工方法，但該零件由于具有多端型面，無法通過磨削加工來完成，選用了“以車代磨”的加工方法。由于薄片工件縱向剛度差，加工難度大，需要設計合理的工藝方法。

1.2 加工過程難點及加工工藝性分析

本文所述封嚴擋片在車削加工過程中有以下難點：

（1）由于薄片工件縱向剛度差，在車削時容易產生因殘余切削應力引起變形。

（2）在車削加工中只能通過夾具進行加緊，由于薄片工件剛性較低的缺點，如果采用卡爪徑向夾緊方式會直接導致零件裝夾變形；如果采用專用夾具通過壓板進行軸向壓緊，由于壓板壓緊存在壓板壓緊貼合力不夠，零件與夾具之間不能緊密貼合，使零件加工難度加大。

1.3鎳基高溫合金機械加工特點

封嚴擋片采用難切削鎳基高溫合金材料，該材料具有屈服強度高、塑性好，耐腐蝕、抗氧化、熱穩定性好、韌性和延伸率大、導熱性差等特點，尤其是合金中含有較高的金屬鈮，使得該材料具有優良的抗蠕變性能，但切削加工難度增大。

2 薄壁封嚴擋片零件車削加工工藝設計

2.1 加工設備的選擇

經過對薄壁封嚴擋片的零件結構和加工難點的分析， 由于薄片工件剛性較低的缺點，如果采用卡爪徑向夾緊方式會直接導致零件裝夾變形；采用數控立式車床進行加工，分粗、精兩個工步進行，可靠地保證了零件精度。在去余量時，采用分段切削的加工方法，不但減少加工應力，控制零件變形，并可以實現自動斷屑，有利于排屑和斷屑。在數控程序的編制上，結合零件特點，按零件的理論型面編制程序，在型面接刀部位采用切向切入切出的方式，使得切入切出平穩過渡，并通過在計算機上模擬，檢查、排除刀具于零件的干涉情況。

2.2專用夾具方案設計

采用數控立式車床進行加工，需要采用專用夾具通過壓板進行軸向壓緊，由于壓板壓緊存在貼合力不夠，零件與夾具之間不能緊密貼合。根據薄片工件封嚴擋片結構特點和加工難點分析，設計了雙組可調節多壓板車床夾具，由底座和內外兩組壓板構成，每組壓板數量為16個，合計32個。壓板又分為固定連接的螺栓和可調伸長量壓板本體兩部分，通過調整壓板在底座上的位置可調節壓板的伸出長度，通過組合使用有效解決薄片類零件在加工中因翹曲變形，使零件超差問題。本文提供的立式車床軸向壓緊方式，有效避免了薄片類零件周向夾緊變形的問題。本文提供的雙組可調節多壓板車床夾具，由底座和內外兩組壓板構成，每組壓板數量為16個，壓板又分為固定連接的螺栓和可調伸長量壓板本體兩部分，通過調整壓板在底座上的位置可調節壓板的伸出長度，通過組合使用有效解決薄片類零件在加工中因翹曲變形，使零件超差問題。

2.3 刀具幾何角度的選擇

選用0°前角或負前角，一般為0°～-5°，0.2mm～0.4mm的負倒棱。選用小后角，一般為6°～8°。選用負刃傾角，一般為-2°～-4°。刀尖圓弧半徑也應重點考慮刀尖強度和刀具耐磨性的要求，一般為R0.3～R0.5 ，粗加工取較大值，精加工取較小值。

3.車加工工藝方案的實施

封嚴擋片是一種典型的難切削鎳基高溫合金材料大直徑精密復雜型面薄片類零件，由于零件型面要求復雜，無法按常規工藝方法選擇在平面磨床上磨削加工，只能選擇車削加工。大直徑精密復雜型面薄片零件車削加工難以裝夾，極易發生變形，從而無法滿足形位公差及尺寸公差精度的要求。

3.1具體實施方式

（1）將夾具裝夾在機床工作臺上，找正夾具，將零件毛坯裝入夾具底座內并找正零件。調整內側壓板位置和伸長量，保證零件漏出長度≥1/2整個零件寬度，用內側一組壓板壓緊零件，車加工零件第一面外側型面，即零件第一面外側的1/2部分型面。

（2）用夾具上外側一組壓板壓緊零件第一面外側部分型面（車加工后的部分），松開夾具上內側一組壓板，車加工零件第一面內側型面 （第一面剩余部分），注意接刀和型面轉接平滑。

（3）車加工零件第二面，松開壓板反轉零件，將零件找正。由于第二面型面復雜，需要倒三次壓板。調整內側壓板位置和伸長量，保證零件漏出長度大于將要加工外側型面寬度1mm～2mm，用內側一組壓板壓緊零件，車加工零件第二面外側型面，即零件第一面外側的約1/3部分型面。

（4）用夾具上外側一組壓板壓緊零件第二面外側部分型面（車加工后的部分），松開夾具上內側一組壓板，調整內側一組壓板伸長量，使兩組壓板之間寬度大于將要加工零件第二面中間部分型面寬度2mm，再次壓緊內側一組壓板，并使零件為之保持一致，在內外側壓板同時壓緊狀態下完成零件第二面中間部分型面車加工，注意接刀和型面轉接平滑。

（5）松開夾具上外側一組壓板，調整壓板伸長量，壓緊零件第二面已車加工后部分型面，松開夾具上內側一組壓板，并使零件與之保持一致，完成第二面剩余部分型面的加工，注意接刀和型面轉接平滑。

結論

某型機的封嚴擋片是一種典型的難切削鎳基高溫合金材料大直徑精密復雜型面薄片類零件，由于零件型面要求復雜，無法按常規工藝方法選擇在平面磨床上磨削加工，只能選擇車削加工。大直徑精密復雜型面薄片零件車削加工難以裝夾，極易發生變形，從而無法滿足形位公差及尺寸公差精度的要求。本文論述了鎳基高溫合金材料大直徑精密復雜型面薄片類零件裝夾定位及其夾具結構技術、加工過程中控制殘余應力的技術研究。通過加工編程時合理選擇刀具和加工順序，確定合適切削參數，減少切削變形所取得的結論可在同類薄片零件加工中推廣使用，在新一代航空發動機、動力燃機系列研制中具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]徐杰，王新昶.超高強度鋼內螺紋銑削用涂層刀具及工藝研究. 武漢紡織大學學報，2015 （6）：90-94.

[2]韓慶波，宋東葵，等. D406A超高強度鋼切削加工工藝研究[J]. 航天制造技術，2003 （3）：20-23.

[3]鄭聯語，汪叔淳.薄壁零件數控加工工藝質量改進方法[J]. 航空學報，2001，22 （5） ：424-428.endprint