大型薄壁筒類零件的加工工藝探索

韓棟 趙高峰

摘 要：由于薄壁筒類零件具有外形特殊、結構精密、強度高、重量輕等質量特點，在航空航天等領域得到了較為廣泛的應用。但同時也存在著剛度不足、加工穩定性差等缺點，如果在加工過程中對其所進行的切削或夾緊等力度不當，就會容易發生彎曲變形等現象，因此，大型薄壁筒類零件的加工具有較大的難度。本文就大型薄壁筒類零件的加工工藝進行探索，希望可以為大型薄壁筒類零件的加工應用提供借鑒。

關鍵詞：大型薄壁筒;零件加工;加工工藝

中圖分類號：TG44 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0110-02

0引言

不同材料、結構、尺寸的薄壁筒類零件，其加工過程也有較大差別，所選用的設備、刀具、工裝以及加工參數、加工順序均有不同。本文主要針對一種外徑尺寸φ350mm、長度2500mm的不銹鋼薄壁筒類零件的加工工藝進行研究，結合其結構特點及配合精度要求，研究的內容主要包括零件在深孔設備上的鉆、擴孔，在大型數控車床上的車削、深孔鏜削等機械加工過程，重點研究機械加工過程中的振動、變形等問題的防范和解決措施。

1飛機薄壁零件的工藝特點

總結起來，薄壁零件的制作加工主要有以下特點：第一，由于薄壁零件所存在的外觀多種多樣、內部結構精密、強度高、剛度不足等特點，在外力作用下容易發生變形，必須要采用有效的措施對其進行矯正處理。第二，薄壁零件的外觀尺寸和厚度之間的比例較大，如果在制作加工中無法對變形問題進行有效的處理，會導致其剛度明顯下降，并且會引發振動等不良問題的出現，從而使得制作加工的質量很難得到保證。第三，為了滿足使用需求，薄壁零件的表面需要其接頭、槽口等裝置都具有極高的銜接和安裝配置要求，加工精準度極高，并在應用上滿足高精尖要求[1]。

2大型薄壁筒類零件的加工工藝

2.1加工方案設計

該大型薄壁筒類零件主要通過深孔鉆床進行鉆、擴孔，并在數控車床上進行外圓車削、內孔鏜削，外圓車削的過程主要是對零件進行表面加工，依照刀具主偏角分為95°、90°、75°、60°、45°等不同角度，在所需要刀具切削軸向力較大的情況下則可以選擇95°、90°，此角度適合對零件進行細長軸類加工。如果車削短促類零件外圓的情況下，角度可以選擇75°、60°、45°，倒角車削情況下還可以選擇45°。內孔鏜削主要是在半封閉狀態下，對于排屑情況不便于觀察，則可以通過該種方式來進行零件的表面加工。所選用的工具為減震刀桿，主要是因為需要對中等以上直徑零件進行切削。根據零件的孔徑和長度選擇不同刀具。此過程主要是對零件進行粗加工，待粗加工之后則對零件進行熱處理，之后再通過精密外圓車削、內孔精密車削，以及借助精密鏜床、數控銑床分別對產品上的精密裝配孔、特殊下陷進行加工等，經計量、測量無問題后再進行表面處理，以保證零件符合大型薄壁筒加工需要。

2.2工件的定位和夾緊方法

2.2.1 概述

由于大型薄壁筒類零件加工裝夾方法不同，其自由度也有著不同的限制，對于其定位處理主要包括四種類型，即不完全定位、完全定位、欠定位和過定位。其中，完全定位指的是對零件自由度進行完全限制，將其牢固地固定在一處的定位作業過程。不完全定位指的是在部分較為特殊用途的零件制作加工中，零件的自由度不用做完全限制，僅對部分自由度予以限制的定位作業過程。欠定位指的是如果零件的自由度因制作加工的需要等原因應受到限制，但是在實際上卻依然處于不受限制的狀態。過定位指的是零件的部分自由度受到其他自由度受限制的影響所處于的定位重復的狀態。對于此類型零件，是不符合生產質量要求的，在具體的生產加工實踐中應當避免出現。但是，對于在零件的加工中所出現的過定位問題，如果夾具上的定位元件具有較高的定位精準度，可以對過定位情況進行有效的矯正處理，這樣反而會使得零件的剛度和質量得到明顯的提升[3]。

為了確保零件在制作加工和裝配過程中不發生位置偏離，需要對夾緊結構部件進行加固處理，保證定位效果的精準性和可靠性，避免在此過程中出現振動、偏移等現象的發生。

2.2.2 具體操作方法

對于薄壁筒形零件加工所需要的工裝夾具，其內部結構主要有夾具底座、定位部件、夾緊部件和調姿部件等組成。其中，調姿部件所具有的調姿功能能夠把薄壁筒形零件進行快速準確的位置調整，然后定位部件則對零件的自由度進行不同程度的限制，最后由夾緊部件完成零件的固定處理。這便是一套完整的薄壁筒類零件的裝夾作業流程。

在零件的端面和底部兩個位置，均設置有兩個定位孔，定位作業就在此處完成。將零件放置在夾具上后，對調姿部件上具有的手輪進行旋轉，將零件調整至合理的位置;調姿部件所具有的固定功能將鎖緊裝置固定在夾具底座上，底座下方安裝有X方向的直線導軌，當松開緊鎖裝置后，將調姿部件放在導軌上進行前后方向的微量移動，以此確保零件處于正確的X方向位置上。然后再擰緊調姿部件中的鎖緊裝置的螺栓，使其牢固的固定在夾具上，這樣便完成了零件制作的姿態調整作業。下一步便是應用定位部件的功能作用，將定位插銷插入定位孔處，實現對零件自由度的充分限制，這便是薄壁筒形零件的完全定位作業流程。當完全定位作業完成后，對夾緊部件上的手輪進行轉動，將零件進行夾緊。這時，應當設置至少6個夾緊部件在夾具四周呈均勻對齊式的分布，在夾緊作業中的施力必須要均勻，防止零件發生彎曲變形。夾緊部件以螺旋式進行夾緊處理，具有非常穩定的夾緊作業效果，并且該種夾緊方式的應用還具有自鎖的功能，能夠有效防范在后續的切削作業中因力度掌握不當所出現的位置偏移等不良問題。另外，夾緊部件、調姿部件與零件發生接觸的位置均采用了仿形設計，可以有效擴大接觸面積，有利于對零件變形問題的防范和控制[3]。

2.2.3 加工裝置的設計

在具體的設計過程中，必須要根據零件產品的實際用途來對裝置的工藝、刀具、進度等問題進行充分的考慮，以滿足生產加工的實際需求。然后，參考零件的外觀形狀、尺寸等要素對裝置的功能、適用范圍、進給速度、精準度等問題和數據進行明確。為了確保裝配加工裝置運動功能表達效果的增強，規定裝置的坐標系。將與裝置主軸的軸線平行的移動軸定義為Z軸，主軸與加工零件存在的偏離方向為正方向;將與Z軸保持垂直位置關系的移動軸定位為X軸，Y軸則根據右手螺旋法則確定。繞X軸、Y軸和Z軸回轉的三個軸分別定義為A軸、B軸和C軸。

3工件材料加工工藝試驗及樣機加工驗證

當零件加工作業完成以后，應當對零件的精準度進行再次調試，待調試符合設計質量要求后，應當使用樣機對零件的質量效果進行檢測試驗，實驗的目的是檢查零件是否能夠與前期的設計質量效果相符。由于現實條件的制約，無法對零件開展實踐性的加工驗證。為了解零件加工情況，以車削回轉類零件為例了解其加工工藝試驗及對其加工進行驗證。所選用的零件加工表明由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及雙頭螺紋鎖組成，所車削的零件對于圓錐面直徑、凹圓弧面直徑、球面直徑的尺寸和大錐面的錐角要求較高。

現將鉆速調整為300r/min，進給速度為300mm/min，削切深度為1.5mm的參數標準，對零件進行粗加工處理，然后在主軸轉速不做調整的前提下，將進給速度調整為200mm/min，削切深度調整為0.5mm對零件做精加工處理。待削切加工完成后，對鉆頭進行更換，然后在零件表面進行鉆孔作業，在鉆孔作業過程中，切削的轉速調整為3000r/min，入口進給速度為160mm/min，出口進給速度為30mm/min。經過檢測后，所得出的檢測結果分別為粗糙度：Ra0.75μm，平整度0.16mm，鉆孔出口處的毛刺為細微的均勻毛刺，與前期的設計質量要求相符[4]。

4大型薄壁筒類零件加工注意事項

4.1 深孔加工

大型薄壁筒類零件的選用，更多的是一種新型不銹鋼材料，對于此種材料所進行的加工往往展現出一種不易切削的特點，其外在表現為切削力度大，所需要的切削溫度較高，并且零件切削過程中極容易產生硬化現象，對于刀具造成嚴重磨損。為了針對此種情況予以改善，可以采用深孔鉆孔，這樣刀具不容易斷削，但是對于深孔鉆孔的刀具（鉆頭）提出一定要求，并要求切削參數需要滿足實際需要，必須斷削，鐵屑不能太長，否則都會造成深鉆孔的堵塞，排屑孔無法更好排屑，容易造成刀具報廢，在此方面需要予以高度重視。

4.2 數控車床減震刀桿鏜內孔

如前文所述，數控車床在進行零件加工時候因為所選用的零件更多的是不銹鋼材料，且為中等以上直徑零件，這就需要做好減震刀桿的選用，使用減震刀桿鏜內孔，這樣能夠實現零件的精加工，讓零件壁厚變薄，并能夠有效防止零件變形，也能夠就零件的震動情況予以減弱，達到零件防震效果。

4.3 零件外形下陷的數控銑削加工

數控銑削加工主要選用的是高精度五坐標龍門數控銑，在對銑削進行參數設置的時候，要保證其參數設置小于切削深度，并保持銑削高轉速，慢進給，切削的參數可以結合需要自定。此過程中所需要注意的是防震刀的應用，通過防震刀的選用能夠防止零件變形和零件共振等情況發生，實現更好的切削效果。

5結語

本文主要針對目前所廣泛使用的大型薄壁筒類零件加工制作模式進行研究，首先對飛機薄壁零件的工藝特點進行了總結介紹，在此基礎上，提出了相應方法來對以往的薄壁零件的制作加工容易出現的變形、精準度底等問題進行改進和處理。然后就大型薄壁筒類零件的加工工藝進行了分析闡述，重點對夾緊和定位的操作流程和方法以及裝置設計方案的制定等內容進行了系統重點的闡述，最后就工件材料加工工藝試驗及樣機加工驗證進行簡要的分析論述。通過研究可以有效證明，在薄壁筒類零件的加工制作中的應用能夠較好地解決變形、精準度不高等不良問題，能夠更好地滿足航空企業的實際需求，具有良好的推廣借鑒及價值。由于筆者的專業水平有限，此次研究還存在著一定的不足之處，這也是筆者以后努力的方向和需要深入研究的內容，大型薄壁筒類其他易變形零件的裝配中進行進一步的分析和論證，也有待筆者進一步改進。

參考文獻

[1] 張勇.大型薄壁筒體類零件焊接變形控制工藝研究[J].工程技術（引文版），2016（8）：307.

[2] 張克.大型薄壁筒體類零件焊接變形控制工藝研究[J].新技術新工藝，2015（12）：8-10.

[3] 劉本良.大口徑薄壁筒類零件車削工藝研究[J].機械研究與應用，2017（5）：167-168.

[4] 張健.航天大型零件旋壓機筒形件支撐裝置的研究[D].太原：中北大學，2016.