薄壁封嚴環(huán)的加工改進

周釘

摘 要：針對生產(chǎn)質(zhì)量問題頻發(fā)的薄壁封嚴環(huán)零件，進行工藝流程改進，從改進零件裝夾，選擇合適刀具，優(yōu)化數(shù)控程序等方面，解決零件變形難題。數(shù)車在一次裝夾中同時加工輻板的兩邊，保證零件壁厚差，解決變形難題，同時減少加工工序，提高生產(chǎn)效率。

關鍵詞：薄壁件；封嚴環(huán)；輻板；數(shù)車；改進

引言

封嚴環(huán)是航空發(fā)動機的不可少的零部件，設計時必須考慮將零件設計為最輕重量，壁厚相對較薄，零件屬薄壁盤類零件，且尺寸精度要求較高。由于零件壁厚較薄使輻板強度差，在加工左、右輻板時，切削力使基準面相對與軸線的垂直度處于不斷變化中，在加工薄壁封嚴環(huán)中零件長度尺寸合格率較低。為此，我們對薄壁封嚴環(huán)進行工藝改進，從零件裝夾，刀具改進，程序優(yōu)化，變形分析等方面著手，解決生產(chǎn)實際難題，并為同類零件的加工積累經(jīng)驗。

1.變形原因分析

零件的加工周期較長。改進前共有15道工序，包括有消除應力、等離子噴涂和熒光檢驗工序。具體加工流程為：①鉆孔；②粗車輻板左邊；③粗車輻板右邊；④熱處理消除應力；⑤粗磨輻板兩側(cè)；⑥車定位內(nèi)圓；⑦半精車輻板左側(cè)；⑧半精車輻板右側(cè)；⑨銑花邊；⑩半精磨輻板兩側(cè)；?車外圓槽；?車噴涂槽；?熒光檢驗；?等離子噴涂；?噴涂后精加工至尺寸。

尺寸鏈計算繁瑣。后面工序的加工對前工序的尺寸有影響。

零件結(jié)構特殊。封嚴環(huán)零件屬薄壁盤類零件，輻板厚度為1.5mm，加工基準A及反面是變形不受控。外圓處有三處槽。內(nèi)孔為等離子噴涂層，噴涂厚度要求為0.2mm，在噴涂前內(nèi)孔需車噴涂槽。內(nèi)圓與輻板相交的圓角處最薄僅有2.0mm，加工內(nèi)外圓弧后，零件變形比較明顯。

2.工藝流程改進

從整體考慮，優(yōu)化整個工藝流程，將多道工序間接保證的尺寸改為一次加工保證，并進行工藝試制。

原有的15道工序，縮減為現(xiàn)在的11道工序。改進后具體的加工流程為：①鉆孔；②粗車輻板左邊；③粗車輻板右邊；④一次裝夾車輻板兩側(cè)；⑤車內(nèi)圓；⑥銑花邊；⑦半精磨基準；⑧車噴涂槽；⑨熒光檢驗；⑩等離子噴涂；?噴涂后精加工至尺寸。

縮短了零件的加工周期，尺寸鏈的計算簡化，提高零件的合格率。改進前單件流程需720分鐘，改進后單件流程為507分鐘。

考慮原來熱處理的作用較小，嘗試取消熱處理。經(jīng)過工藝試驗，改進后不需要進行熱處理，降低大量生產(chǎn)成本，同時節(jié)約了寶貴的能源。

3.數(shù)車一次裝夾車輻板兩側(cè)

將原有的四道手工操作合并為數(shù)控加工，確保加工過程的穩(wěn)定性。改進后數(shù)車一次加工左、右輻板的工序代替了3道車工和2道磨工工序不但大幅提高了效率，而且提高了產(chǎn)品質(zhì)量。在一道工序中加工出左、右輻板，屬于首次應用，為同類的封嚴環(huán)零件加工提供借鑒。

3.1數(shù)車加工內(nèi)容

數(shù)車加工內(nèi)容如圖二中粗實線表示，除支靠、定位和壓緊部位不能加工，其余部位都在一次裝夾加工完成。

通過一次裝夾，加工出零件的外圓槽、基準面、基準圓及輻板兩邊，具有以下優(yōu)點：首先各個直徑尺寸同軸度可以達到 Φ0.01mm以內(nèi)，零件的形位誤差小。再次，設計圖的長度尺寸的尺寸鏈簡化，可以保證最終尺寸合格。最后，數(shù)車是保證工藝流程縮短的關鍵。

3.2數(shù)車夾具設計

改進前，3道車工和2道磨工工序各要一套夾具，且設計相對復雜。

改進后的數(shù)車只需一套夾具，夾具設計難度小，如圖二所示，數(shù)車夾具由基座、壓板、拉桿和螺釘構成。考慮到輻板左側(cè)能進去刀具，基座的設計要要有足夠空間。在切削力的作用下螺母不松動，螺母的設計為左旋螺紋，與主軸旋轉(zhuǎn)方向相反。

3.3數(shù)車刀具方案

改進前，普通車床上需要專用切槽刀和圓弧刀具，刀具成本高，刀具尺寸不穩(wěn)定，加工過程受工人技能水平和刀具修磨好壞的影響。

改進后，數(shù)車上的刀具為機加刀具，機加刀具具有精度高、互換性好、刀具尺寸穩(wěn)定等特點，加工過程中只需更換刀片。刀片成本比專用刀具價格低，且一個刀片有2-4個切削刃，改進后刀具消耗成本減少。

T0505和T0606加工輻板的左側(cè)，T0808加工輻板右側(cè)和外圓，T0101和T1010加工外圓上的槽，T0202和T0707加工輻板右側(cè)的端槽部位。

數(shù)車所需刀具只需7把，一般的數(shù)控機床的刀位數(shù)為8-12，所以一般的數(shù)控機床是能滿足一次加工輻板的左右兩邊。

3.4數(shù)車變形分析

改進后的數(shù)車，主要的變形有兩處：加工外圓槽時，零件會出現(xiàn)內(nèi)應力產(chǎn)生變形；一次加工輻板兩邊，切削時沒有反面沒有支靠到，受切削力影響，零件發(fā)生彈性變形。改進措施：運用材料力學的理論知識和有限元分析，計算出零件變形的量，合理編程，減少零件變形。

3.5數(shù)車編程方案

在加工內(nèi)容、設備、夾具和刀具都具備的條件下，編制數(shù)車程序也是比較關鍵，走刀路徑和每把刀加工順序尤為重要。

外圓槽產(chǎn)生的內(nèi)應力最為明顯，在精走刀之前，應先將零件的外圓槽加工，再車其余表面，其余表面加工余量大于切槽后零件變形量。

在車輻板時，零件的彈性變形最大，加工端面會有錐，輻板外側(cè)厚，內(nèi)側(cè)薄。根據(jù)數(shù)車變形分析結(jié)果，在程序中人為增加Z方向的補償量，在實際中X向走25mm時，Z方向退0.005mm，實際精車端面程序結(jié)果如下所示：

N110 G99 G01F.13 X174.4 Z5.895

N120 X149.4 Z5.9

4.結(jié)語

在一次裝夾中同時加工輻板的兩邊，保證零件壁厚差，解決變形難題，同時減少加工工序。工藝改進后，進行試制，在實踐中探索出封嚴環(huán)零件的更優(yōu)的加工方案。加工合格率從原來的92%提高到98%以上。通過縮短工藝流程，取消熱處理，零件成本降低36.3%，加工效率提高29.6%。

數(shù)車工序中，使用的設備為一般的數(shù)車設備，使用夾具的設計簡單，使用的刀具為標準的機加刀具，只要合理編程和控制工序變形，此方法可方便運用到類似零件的加工。

參考文獻：

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