王青成

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009）

隨著高精度、薄壁類零件在航空制造行業(yè)應(yīng)用的日益廣泛，其加工制造變形大、加工難度高等特點(diǎn)越來越明顯。該類零件金屬切除量大、工件壁薄、剛性差，在加工過程中，主要由于裝夾變形、熱變型、切削力變形等因素影響，零件加工很難達(dá)到圖紙要求。為了保證圖紙要求，加工過程中需減少和控制變形，工藝安排上需要從工件裝夾方式、工序安排等多方面進(jìn)行優(yōu)化。下面就本單位一個(gè)典型零件的加工工藝對此加以闡述。

1 工藝性分析

該零件如圖1所示，零件長142mm，外徑為Φ90mm，壁厚2mm，兩處Φ（72+0.03）mm要求與外圓同軸度為0.02mm，零件材料為2A12 T4。該零件兩處Φ（72+0.03）mm為軸承裝配，要求與外圓同軸度為0.02mm，這是該零件加工的難點(diǎn)。這是典型的高精度、薄壁類零件，具有薄壁、高精度、低剛性特點(diǎn)。加工中最需要解決的問題，是控制和減少變形。而影響和造成工件加工變形的主要因素，是受力變形、受熱變形和振動(dòng)變形3個(gè)方面。

（1）受力變形。因工件薄，強(qiáng)度弱，在卡盤上夾緊時(shí)，夾緊力不均衡會(huì)使零件產(chǎn)生變形，造成零件的圓度超差，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。

（2）受熱變形。由于切削熱使工藝系統(tǒng)各部分的變形產(chǎn)生差異，從而破壞了刀具與工件的準(zhǔn)確位置與運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使薄壁件零件更容易產(chǎn)生變形，使工件尺寸難于控制。

（3）振動(dòng)變形。在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，容易產(chǎn)生受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，在加工表面留下振動(dòng)痕跡，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

該零件加工工藝設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮受力變形。

在傳統(tǒng)工藝中，為消除毛坯內(nèi)的殘余應(yīng)力及其他各種應(yīng)力對零件變形的影響，保證加工精度，增加了多道熱處理工序，以消除應(yīng)力。這增加了工序，使加工周期變長，加工成本增加。而該零件加工工藝過程只使用一道熱處理工序來消除應(yīng)力，以縮短加工周期、降低加工成本。

圖1 典型薄壁零件圖

2 工藝路線設(shè)計(jì)的考慮

2.1 防變形裝夾的考慮

薄壁零件加工工藝設(shè)計(jì)過程中，要考慮裝夾方式，防止零件裝夾變形。要實(shí)現(xiàn)防變形裝夾的關(guān)鍵，是裝夾時(shí)確保零件基準(zhǔn)面與工作臺(tái)面或夾具基準(zhǔn)面自然、致密貼合，零件的基準(zhǔn)面多點(diǎn)均勻受力。這種裝夾，不會(huì)造成零件的變形，或者造成的零件變形量仍在允許的范圍內(nèi)。但這種裝夾對零件基準(zhǔn)面平面度提出了更高的要求。通常這種零件裝夾基準(zhǔn)面通過研磨來保證其平面度。

由于該零件的壁厚薄，零件的剛性很差，零件能夠抵抗彎曲變形所允許的徑向力有限，因此想通過利用工藝臺(tái)來增強(qiáng)零件的剛性，減少夾持變形。該零件加工工藝設(shè)計(jì)中，在零件的兩端設(shè)置工藝臺(tái)，給加工過程提供了裝夾的方式，將傳統(tǒng)的三爪夾緊的方式，改為壓板壓緊的方式，并將壓緊面研磨到平面度0.01mm范圍內(nèi)，這樣使用壓板裝夾零件時(shí)，零件的變形很小，不影響零件的尺寸精度和形狀精度。

2.2 轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的考慮

在加工工藝設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常遇到需要基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換問題。本零件要求兩處的Φ（72+0.03）mm與外圓的同軸度0.02mm，由于零件加工不可能一次裝夾同時(shí)完成兩處的Φ（72+0.03）mm與外圓的加工，因此需要轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)加工。由于在裝夾方式上增加工藝臺(tái)，因此利用零件兩端內(nèi)孔的倒角作為轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)，在精加工過程中，利用一次裝夾加工保證一端的Φ（72+0.03）mm、外圓與其內(nèi)孔倒角的同軸度要求，然后利用兩頂尖頂內(nèi)孔倒角，一次車外圓，保證了兩處的Φ（72+0.03）mm與外圓的同軸度的要求。

3 工藝路線安排

工藝路線安排如下：備料—粗車—粗車—時(shí)效—研磨—精車—精車—精車—精車—精車—檢驗(yàn)—表面處理—入庫。

（1）第一步。采用通常的三爪夾頭夾緊零件的外圓，進(jìn)行零件一端的尺寸的粗加工，并留下各1mm的加工余量，加工出一端的工藝臺(tái)，端面和外圓各留出2mm余量。

（2）第二步。利用第一步加工出來的凸臺(tái)壓緊零件，進(jìn)行零件另一端的尺寸的粗加工，并留下各1mm的加工余量。

（3）第三步。過T851時(shí)效，將零件的內(nèi)應(yīng)力釋放，防止后面的加工中由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生零件變形。

（4）第四步。通過研磨出一端工藝臺(tái)基準(zhǔn)面，保證平面度0.01mm，這個(gè)基準(zhǔn)面的品質(zhì)，一定要好，其直接影響后續(xù)精加工內(nèi)容。這是防止裝夾變形的關(guān)鍵。

（5）第五步。加工一端的尺寸，但端面留下0.1mm余量，嚴(yán)格要求Φ（72+0.03）mm處留下0.3mm余量。

（6）第六步。加工另一端的尺寸，加工前找正外圓基準(zhǔn)跳動(dòng)0.05mm，端面留下0.1mm余量，嚴(yán)格要求Φ（72+0.03）mm處留下0.3mm余量。

（7）第七步。加工Φ（72+0.03）mm、外圓、倒角內(nèi)容，由于要利用兩端倒角車外圓，所以對倒角的圓度要求0.005mm、與外圓同軸度0.01mm。這是轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的關(guān)鍵。

（8）第八步。加工前找正外圓跳動(dòng) 0.01mm，加工Φ（72+0.03）mm、倒角內(nèi)容，由于要利用兩端倒角車外圓，所以對倒角的圓度要求0.005mm、與外圓同軸度0.01mm。這是轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的關(guān)鍵。

（9）第九步。配車死頂尖，找正活頂尖跳動(dòng)0.005mm，通過兩頂尖頂起車外圓，從而保證兩處Φ（72+0.03）mm對外圓的同軸度0.02mm要求（見圖2）。

圖2 兩頂尖頂起車外圓裝夾圖

4 結(jié)束語

該零件金屬切除量大，工件壁薄，剛性差。在加工過程中，由于裝夾變形等因素影響，零件加工很難達(dá)到圖紙要求。在加工工藝的安排上，通過從工件裝夾、轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的方式，來保證圖紙的要求。車工常用傳統(tǒng)的三爪卡盤夾緊到壓板壓緊的方式，減少裝夾變形，工藝臺(tái)在該零件加工中的應(yīng)用十分可行，其能增加零件的剛性、增加零件承受徑向力的能力，能為零件的裝夾提供固定作用和支撐作用。工藝臺(tái)的使用，有效減少了薄壁零件切削變形和裝夾變形，改善了薄壁零件的工藝性。通過巧用各種基準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而保證不能一次裝夾的兩個(gè)要素的高同軸度要求，一次裝夾進(jìn)行加工，保證同軸度的精度比較好，由于個(gè)別零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，一些基準(zhǔn)要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)后，需要對零件的基準(zhǔn)精度進(jìn)行分配，最終保證零件達(dá)到了圖紙要求。

[1]梁炳文.機(jī)械加工工藝與竅門精選第4集[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]李 華.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.