薄壁閉式葉輪加工變形控制技術(shù)研究

陶勇超

摘 要：以某型機(jī)薄壁閉式葉輪為研究對象，利用公司現(xiàn)有加工條件及設(shè)備，合理改變原有工藝規(guī)程的工藝方法及加工路線，在不改變工裝、刀具，不增加加工成本的情況下，探索出薄壁閉式葉輪加工的變形控制技術(shù)。經(jīng)過多輪、多種工藝方法的工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，最終找到了薄壁閉式葉輪加工中的車削及銑削變形有效的解決措施。通過該文的研究成果能對類似零件的研制加工有所借鑒。

關(guān)鍵詞：薄壁 閉式葉輪 變形

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0050-01

1 薄壁閉式葉輪加工變形控制技術(shù)的提出和研究現(xiàn)狀

1.1 問題的提出

隨著航空事業(yè)的飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)制造的精度要求越來越高，更新?lián)Q代時(shí)間越來越短。作為航空產(chǎn)品生產(chǎn)單位，對新品研制周期要求越來越短，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，加工的難度也越來越大。對于發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪部件提出了更高的使用及加工要求。

某型機(jī)薄壁閉式葉輪，為該機(jī)型關(guān)鍵部件，材料為鋁合金，尺寸相對較大，葉片及輪輻比較薄，葉片最薄處約為0.25左右，并且尺寸精度及葉型形位公差要求高。在整個(gè)加工過程中必須采取有效方法嚴(yán)格控制車削及銑削變形。加工難度大，生產(chǎn)研制周期長。整個(gè)研制過程中，因其尺寸及形位公差要求嚴(yán)格，無現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，超差報(bào)廢嚴(yán)重，缺少必要的刀具、量具、有效工裝，工藝路線及加工方法需多次改進(jìn)。

1.2 研究現(xiàn)狀

幾年來，已經(jīng)過多輪試驗(yàn)研究。工藝方案及工藝路線經(jīng)過多次更改，但加工中仍無法有效控制零件變形，試驗(yàn)件大量報(bào)廢，今年再次投入一批產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)摸索，總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，并對零件切削加工中的變形點(diǎn)進(jìn)行分解控制，聘請專家對出現(xiàn)的問題逐項(xiàng)解決，逐項(xiàng)固化。

2 薄壁閉式葉輪車、銑削變形控制技術(shù)

2.1 選擇和制定合理的工藝方案和路線

薄壁零件的幾何形狀和技術(shù)要求各不相同，根據(jù)零件的特點(diǎn)和要求選擇合理的工藝方案，是保證薄壁零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵。在加工過程中防止產(chǎn)生變形和保證產(chǎn)品精度要求，工序的設(shè)置、夾具的設(shè)計(jì)等均應(yīng)以此為基礎(chǔ)。工藝規(guī)程在編制開始時(shí)，就要從零件的毛坯形狀、余量大小、熱處理方法等方面考慮零件加工過程中的變形。對于該薄壁閉式葉輪，粗、半精加工后需要進(jìn)行時(shí)效處理，進(jìn)一步消除其內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件的尺寸精度，消除在精加工時(shí)產(chǎn)生的變形量。

該薄壁閉式葉輪的加工，分為粗加工和半精加工及精加工，粗加工后進(jìn)行一次消除應(yīng)力處理，半精加工后再進(jìn)行一次消除應(yīng)力，每次消除應(yīng)力后，都需對基準(zhǔn)進(jìn)行一次加工，且保證基準(zhǔn)的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，并反復(fù)對薄壁閉式葉輪的內(nèi)、外表面進(jìn)行加工，減小零件的變形。

在薄壁閉式葉輪的加工過程中，加工余量的分配是否得當(dāng)，將影響其加工質(zhì)量。加工余量的分配必須適當(dāng)。同時(shí)為了保證零件的加工精度，精加工工序前的余量需很小，但一般仍要分多次走刀將其加工到最終尺寸。

2.2 防止薄壁閉式葉輪裝夾時(shí)變形

薄壁閉式葉輪在加工過程中，采用合理的工藝路線等工藝措施，是保證產(chǎn)品精度的重要保證，另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是控制裝夾。零件加工前的合理裝夾，是防止因裝夾不當(dāng)引起零件變形，保證其加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施，裝夾前找正零件外徑跳動(dòng)0.01以內(nèi)，夾緊后保證外徑四等分點(diǎn)的跳動(dòng)變化在0.01以內(nèi)。

2.3 薄壁閉式葉輪定位基準(zhǔn)的選擇和夾具定位基準(zhǔn)面的要求

在車削加工薄壁閉式葉輪時(shí)，一般都是旋轉(zhuǎn)表面和由旋轉(zhuǎn)而成的平面。加工前應(yīng)根據(jù)該零件的形狀、特點(diǎn)和要求，分析選用哪些表面和部位作為工藝定位基準(zhǔn)，以保證零件的加工精度要求。一般來講要將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為工藝基準(zhǔn)，選用精度要求較高的表面作為定位基準(zhǔn)，或盡可能選擇零件裝配或工作的表面作為加工用的定位基準(zhǔn)。才能更好地保證產(chǎn)品的形狀和位置精度的要求。定位基準(zhǔn)應(yīng)該選擇剛性較強(qiáng)的位置，在加工中可以避免因受切削力和夾緊力的影響而產(chǎn)生大的變形。

薄壁閉式葉輪的定位基準(zhǔn)，必須具有足夠的剛度，保證定位可靠，并具有較高的幾何精度和表面光潔度?？梢栽诹慵先藶榈脑O(shè)定加工基準(zhǔn)，待精加工時(shí)去除該基準(zhǔn)。

夾具的安裝基準(zhǔn)定位面，具有較高的幾何精度、定位精度及表面光潔度。這些基準(zhǔn)特征在安裝時(shí)要保證和機(jī)床的旋轉(zhuǎn)中心的同心度和垂直度要求。對于精加工工序用的工裝夾具來說，夾具安裝在機(jī)床上，首先應(yīng)該檢查它的定位基準(zhǔn)面對于機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)中心是否同心或垂直，如果不能達(dá)到零件加工精度的要求，就要對夾具定位面進(jìn)行修正，使其滿足產(chǎn)品加工精度的要求。

在薄壁閉式葉輪加工中，對零件夾緊部位的選擇及對夾具夾緊件的要求如下。

薄壁閉式葉輪最突出的特點(diǎn)就是剛性弱，承受不了大的夾緊力。零件裝夾在工裝夾具上，即使安裝合理，穩(wěn)定可靠，往往由于夾緊力不合適，或者夾具夾緊零部件結(jié)構(gòu)不合理，或者操作時(shí)不注意等因素，致使零件產(chǎn)生變形，不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。因此在加工時(shí)，正確地安裝和夾緊零件，是防止零件產(chǎn)生變形的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。

零件裝在夾具上，首先檢查零件定位基準(zhǔn)和夾具定位面是否自由吻合，如不吻合要分析原因或修正零件定位基準(zhǔn)，修正夾具的定位基準(zhǔn)面，使其緊密吻合。

夾緊薄壁閉式葉輪時(shí)，夾緊力要均勻一致，用幾個(gè)壓板去壓緊零件時(shí)，要按照對角交錯(cuò)的順序，壓緊零件，在零件外徑或相關(guān)部位，用表壓力來控制壓緊力的均勻分布及變形。精加工前，進(jìn)行一次松夾操作，消除粗加工時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。

2.4 薄壁閉式葉輪加工中振動(dòng)控制技術(shù)

精車削基準(zhǔn)前，因葉型已經(jīng)基本形成，去除余量比較大，精車削產(chǎn)生振動(dòng)，造成加工表面質(zhì)量差，尺寸及形位公差超差。精車削時(shí)，因刀具懸伸長，必須采用減振刀桿，并在刀桿上及葉片之間纏繞橡皮筋，能夠起到吸振的作用，但纏繞力需適當(dāng)，否則將造成葉輪葉片等的變形，造成超出。

3 薄壁閉式葉輪工裝應(yīng)用原則

薄壁閉式葉輪工裝設(shè)計(jì)及拼裝時(shí)，必須考慮裝夾部位的剛性，裝夾力對零件變形的影響。因零件基準(zhǔn)在葉型上，必須拼裝出輔助找正基準(zhǔn)，增加剛性的輔助支點(diǎn)，夾具必須保證零件的加工質(zhì)量，還不能因?yàn)閵A具對零件造成破壞。

4 結(jié)語

經(jīng)過多輪研制、不斷的調(diào)整工藝方法，減小了薄壁閉式葉輪加工中的變形，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本；該控制技術(shù)仍需在后續(xù)該類零件的研制中進(jìn)行完善，希望該文能對該類零件的研制起到借鑒作用。

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