細(xì)長(zhǎng)軸類高溫合金車削加工

趙惠光

摘 要：細(xì)長(zhǎng)軸類零件是車削加工的一大難點(diǎn)，而高溫合金材料也被制造業(yè)認(rèn)定為車削加工難度大的材料，因而細(xì)長(zhǎng)軸類高溫合金車削加工面臨更大的難度。基于此，本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金GH4169螺栓的車削加工為例，首先討論高溫合金車削加工難點(diǎn)以及刀具選擇，進(jìn)而提出了硬質(zhì)合金車刀進(jìn)行車削加工的工藝。

關(guān)鍵詞：細(xì)長(zhǎng)軸類零件；高溫合金；車削加工

前言

目前高溫合金材料的車削加工工藝不斷優(yōu)化與創(chuàng)新，更多的新型刀具也逐漸被研發(fā)出來(lái)，高溫合金材料的車削加工難點(diǎn)正在逐步克服，但還需要從車削加工刀具選擇與加工工藝應(yīng)用等層面加以優(yōu)化，保證細(xì)長(zhǎng)軸類高溫合金材料的車削加工質(zhì)量與效率。

1.高溫合金車削加工難點(diǎn)及刀具選擇

1.1加工難點(diǎn)

細(xì)長(zhǎng)軸類材料的車削加工，容易在車削力及車削熱的影響下產(chǎn)生材料形變，一旦材料形變，則刀具與零件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就失去了精準(zhǔn)性，會(huì)對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸類的形狀產(chǎn)生影響，還有可能導(dǎo)致工藝系統(tǒng)震動(dòng)，影響零件精密性。高溫合金材料的加工難度較高，所需要的車削力是一般金屬材料的2倍左右；高溫合金加工溫度最高可達(dá)1000℃左右，表面硬度高，加工硬化問(wèn)題嚴(yán)重；容易發(fā)生塑性變形，環(huán)境溫度下，材料塑形變形的延伸率達(dá)到40%左右；加工中容易發(fā)生刀具磨損現(xiàn)象。基于高溫合金細(xì)長(zhǎng)軸類材料的加工難點(diǎn)，需要考量高溫合金的具體性能，采用相應(yīng)的刀具材料。

現(xiàn)有針對(duì)難加工材料的車削加工問(wèn)題提出的解決措施包括：采用高性能刀具、優(yōu)化刀具幾何參數(shù)與車削用量、選用合理的熱處理方法以及復(fù)合加工技術(shù)等方式。有研究表明，對(duì)于難加工材料進(jìn)行處理，基于材料性能選用合適的加工刀具，采用高速車削的情況下，車削速度的提升可以減少車削抗力，提高材料表面加工質(zhì)量，減少加工成本的投入[1]。

1.2刀具選擇

本文所提出的細(xì)長(zhǎng)軸類高溫合金零件，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓，采用高溫合金GH4169材料，該材料是鎳鉻鐵基高溫合金，具有較高的固溶溫度，抗疲勞、抗輻射、抗氧化、抗腐蝕性能較好，具備良好的加工性能與焊接性能，因而在航空、核能等工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛使用。針對(duì)GH4169材料的車削加工刀具主要包括三種：①硬質(zhì)合金刀具，具備較高的性價(jià)比，良好的導(dǎo)熱性能與較高的硬度，當(dāng)車削速度不超過(guò)45m/min時(shí)，會(huì)產(chǎn)生良好的車削效果，但如果車削速度隨意提升，會(huì)產(chǎn)生大量的車削熱，影響刀具硬度與韌性，導(dǎo)致刀具及材料變形；②聚晶金剛石具備較高的硬度與耐磨性，摩擦系數(shù)較低、彈性模量及導(dǎo)熱系數(shù)較高。應(yīng)用于實(shí)際的加工中，耐熱溫度不足，需要做好冷卻與潤(rùn)滑處理，并且容易產(chǎn)生刀具磨損，并且控制車削速度在105m/min以下，以避免刀具發(fā)生粘結(jié)磨損現(xiàn)象。

1.3參數(shù)控制

①前角。前角會(huì)對(duì)車削過(guò)程中的材料形變及摩擦力產(chǎn)生影響，影響刀具強(qiáng)度。前角越大，則刀具越鋒利，切削力與切削熱越小，積屑瘤越少。同時(shí)，前角增大影響刀具強(qiáng)度，容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，提升切削溫度，影響刀具壽命。為此可以將前角控制在5°～15°之間；②后角。影響刀具與工件之間的摩擦，影響刀具壽命及工件加工質(zhì)量，可以將其控制在15°以上；③刃傾角。出于保障切削刃輕度與鋒利度的考量，精密車削加工時(shí)刃傾角選擇0°。

2.細(xì)長(zhǎng)軸類高溫合金車削加工工藝

2.1傳統(tǒng)加工工藝方法與刀具

細(xì)長(zhǎng)軸類金屬零件本身的加工難度就比較高，而高溫合金材料的細(xì)長(zhǎng)軸類加工難度更高，以螺栓高溫合金GH4169車削加工為例進(jìn)行探討。以往對(duì)材料進(jìn)行車削加工時(shí)，加工工藝流程為：下料→粗車成型→磨外圓→螺紋滾制→銑扁→檢查→氧化。車削加工采用的刀具包括機(jī)卡式外圓車刀以及車削鉆床。

傳統(tǒng)車削加工工藝的應(yīng)用，存在零件加工之后工件形狀不符合要求等現(xiàn)象，材料車削型面中存在變形問(wèn)題。由于工件被固定，工件兩端的距離始終不變，工件軸向伸長(zhǎng)量被限制，細(xì)長(zhǎng)軸就出現(xiàn)變形情況，而一旦變形情況產(chǎn)生，就車削工藝就難以再進(jìn)行下去，工件的質(zhì)量與加工效果難以保證。針對(duì)這種情況，以往采取的處理修復(fù)方式為：往往需要對(duì)工件形變現(xiàn)象加以修復(fù)，但受到工藝水平的影響，往往難以將其修復(fù)到應(yīng)有的效果。傳統(tǒng)的車削加工工藝較為復(fù)雜，且具有較大的隨機(jī)性，可能會(huì)出現(xiàn)部分工件規(guī)格失控的現(xiàn)象。

2.2硬質(zhì)合金車刀車削加工的優(yōu)化效果

高溫合金螺栓的車削加工處理，從車削加工的技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性的角度考量，可以采用性價(jià)比高的硬質(zhì)合金刀具，基于高溫合金車削加工的難點(diǎn)與所面臨的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)車削加工工藝加以優(yōu)化，采用整體硬質(zhì)合金車刀，融合優(yōu)化后的車削加工工藝。

對(duì)比傳統(tǒng)高溫合金材料車削加工工藝，以及整體硬質(zhì)合金導(dǎo)桿及優(yōu)化后的車削加工工藝，首先，優(yōu)化后的工藝解決了傳統(tǒng)高溫合金材料車削加工中的變形現(xiàn)象，工藝中車刀浮動(dòng)支撐，影響加工精度。整體硬質(zhì)合金車刀的應(yīng)用，避免車刀浮動(dòng)支撐的弊端。采用整體硬質(zhì)合金車刀，車削型面加以精鏜處理時(shí)就足以應(yīng)對(duì)這種現(xiàn)象，簡(jiǎn)化工件修復(fù)程序，保障車削加工精度；最后，以整體硬質(zhì)合金加工工藝對(duì)螺栓進(jìn)行車削加工實(shí)驗(yàn)，細(xì)長(zhǎng)軸的形狀得到了精準(zhǔn)控制，提高車削加工質(zhì)量與效率。對(duì)優(yōu)化后的高溫合金材料車削加工工藝進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的車削加工工藝應(yīng)用加以對(duì)比，確定優(yōu)化后的高溫合金材料車削加工工藝應(yīng)用可以滿足工件尺寸精度要求與技術(shù)要求[2]。

結(jié)語(yǔ)

以高溫合金螺栓車削加工為例，綜合考量細(xì)長(zhǎng)軸類螺栓高溫合金材料的加工難度，選擇適用于該種高溫合金材料的硬質(zhì)合金刀具，結(jié)合整體硬質(zhì)合金車刀及優(yōu)化后的加工工藝，對(duì)傳統(tǒng)工藝及優(yōu)化工藝進(jìn)行比對(duì)，明確硬質(zhì)合金刀具在工件車削加工工藝中的所起到的效果，保證車削加工工藝的科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳雁玲，董春，任玉紅，等.精密螺栓加工變形工藝研究[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2018（3）.

[2]王世威.高溫合金渦輪后軸加工工藝研究[D].大連理工大學(xué)，2014.

（作者單位：貴州航天精工制造有限公司）