基于高超聲速風洞噴管加工工藝分析

吳鑫禹 沈陽工業(yè)安裝工程股份有限公司

一、工件結構和加工的難點

針對使用馬氏體不銹鋼的某型號噴管進行具體的研究，在明確其工件的尺寸和化工的精度，全長為393毫米，其內(nèi)型面的光滑曲線是由一系列的坐標點回轉而成的，在整個工件加工的過程中，面輪廓的加工精度要求是最高的，需要0.05毫米[1]。

在工件左端面185毫米的地方，噴管內(nèi)型面僅僅只有∮9.42毫米（喉道A截面）的截面尺寸，在整個的實驗設備中，這個尺寸是關鍵所在，噴管加工的精度對實驗數(shù)據(jù)是否準確，起到?jīng)Q定性的作用。我們主要進行加工工藝分析的是噴管內(nèi)型面喉道A截面。

二、噴管內(nèi)型面加工工藝設計

（一）加工工藝方案

（1）傳統(tǒng)方案：使用普通的車床，把喉道的直徑變成通孔并且加工到相應的尺寸，在將數(shù)控接到兩端進行光滑。使用這種加工的方案，需要操作者具有高超的技術，并且車床刀桿需要具有一定的強度。在最開始使用這種方式的時候，因為沒有相應的軟件可以對數(shù)據(jù)點進行轉化，只能手工對車床內(nèi)輸入這些數(shù)據(jù)點，在使用折線進行擬合，最后使用拋光的辦法確保噴管內(nèi)型面是光滑的就可以了，使用這種方式既耗費時間，又不能使內(nèi)型面尺寸的精度得到保證。

（2）電火花加工：可以使用電火花將喉道加工到尺寸，然后對其進行光滑加工，在使用電火花加工這種方案時，先進行電極粗加工，然后在電極精加工，粗加工的時候需要留0.1毫米的單邊放電間隙，在精加工的時候這條間隙需要小于0.05毫米，但是這種方案還是存在缺點的：因為要多次找正裝夾，要求很高的基準；在電極加工的時候使用的是比較貴的紫銅，并且使用的電極是粗、精兩種，其成本高，浪費材料多；使用電火花的時候對喉道粗糙程度沒有辦法進行保證，如果使用小電流的電火花對粗糙度進行保證，那么需要使用很長的時間進行加工，效率低下；電火花設備需要具有平旋頭，否則會出現(xiàn)放電時電流不均勻的情況，某個部位的電流會突然增大，致使喉道出現(xiàn)橢圓，對加工的精度產(chǎn)生影響。

（3）先粗加工再精加工；可以使用車床先進行粗加工，去掉兩端多余的部分，然后在使用帶有鉆頭的長鉆桿鉆出∮9毫米的通孔，最后使用專業(yè)進行數(shù)控加工的刀桿進行加工。為了對內(nèi)型面在加工時的精度以及刀桿在使用過程中的剛度進行保證，特別是喉道尺寸的精度，在喉道進行精加工的時候，其離端面的距離要在最短的一段，就是在進行內(nèi)型面大端加工的時候，在加工的過程中要嚴格控制喉道的尺寸，確保達到規(guī)定的尺寸，再轉換加工面，將內(nèi)型面的小端加工到需要的尺寸。使用這種方式加工的效率高，操作起來方便簡單，可以對尺寸的精度和表面的粗糙度進行保證[2]。

從上面這三種方案的加工過程以及效率中可以看出，使用第三種方案不僅可以確保加工的質量，而且還可以提升加工的效率，減少加工的成本，所以在實際的加工中，我們可以使用第三種方法。

（二）工裝設計

因為這個工件是小直徑深孔加工的，所以為了確保工件和喉道直徑的加工，在加工的過程中必須使用工裝設計專用的刀桿。為了確保刀桿的強度，需要使用40Cr的材料對其實施調(diào)質處理。

在進行常規(guī)操作的時候，在刀桿尖端裝置刀片的地方，需要先制作一個凹槽用來裝刀片，然后再把刀片進行焊接，但是實施這個方案的時候有幾個缺點：第一，在焊接刀片的時候，因為面積小的原因，所以具有比較大的焊接難度，容易出現(xiàn)焊接不牢固的現(xiàn)象；第二，在對刀片進行刃磨時，必須要跟刀桿一起操作，這樣就加大了操作的難度，不易控制切削的角度；第三，不容易控制刀片中心的位置。

改進傳統(tǒng)的刀桿，將其優(yōu)化成三段，將∮8毫米的圓形狀的高速鋼車刀條作為前段材料，可以直接從刀條上面進行削刃開切，在中間段和后段可以使用40Cr的材料實施調(diào)質處理。使用釬焊的方式將前段和中段進行連接，后段可以使用螺紋的方式與中段進行連接。

對刀桿進行改進后，其優(yōu)點是：第一，因為使用圓形的刀條插入到止口釬焊中，可以實現(xiàn)刀桿和刀具的自動對中，確保同軸；第二，在刃磨刀具的時候，只要把中段和前段在連接的地方旋轉開就可以了，大大減輕了操作的重量，操作起來比較簡單，可以確保刃磨的質量；第三，圓形的刀條在焊接的時候比焊接刀片難度低，可以確保焊接的質量。

三、加工工藝參數(shù)選擇

加工喉管道的材料需要選擇使用鍛件為2Cr13的馬氏體不銹鋼，因為在加工不銹鋼材料時具有難度的特點，在選擇刀具的時候，需要耐熱性好、韌性高、硬度高的高速鋼材料。而且刀具的材料需要小于不銹鋼的化學親和力。在考慮到成本以及對切削加工滿足其要求的情況下，在實際進行機械加工的時候選擇高速鋼材料是W2Mo9Cr4VCo8[3]。

在對刀具刃磨的時候，為了降低后刀面的摩擦和切削變形，在使用后角和前角時，要使用比較大的參數(shù)，而且不易采用過寬的負倒棱。同時要將前角進行增大，以此獲得較好的斷屑效果，在選擇卷屑槽的時候需要使用全圓弧形的。為了確保噴管內(nèi)型表面的粗糙度，在進行刃磨的時候，要需要使刀面前后具有的光潔度較高。

四、結束語

總而言之，本文對高超聲速風洞噴管的加工工藝進行探討，具體分析了某型號噴管內(nèi)型面的加工工藝，并對其進行優(yōu)化，先后開展了在工藝上面進行分析，并實施試驗、對專用的刀頭進行設計等內(nèi)容，可以確定的是，優(yōu)化噴管加工的工藝，可以有效的提升加工的效率，使成本得到降低。