湖南省株洲市中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 鄒吉亮

輪齒類零件加工

湖南省株洲市中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 鄒吉亮

高溫合金是一種難加工的材料，主要表現(xiàn)在加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，切削力大，切削溫度高，刀具磨損劇烈，零件表面質(zhì)量和精度難以保證。本文對(duì)數(shù)控加工難點(diǎn)進(jìn)行了分析，通過改進(jìn)加工路線，優(yōu)化切削參數(shù)從而使問題得到了很好的解決。

數(shù)控加工 高溫合金 CPK 過程能力指數(shù)

定義：過程能力指數(shù)即CPK：當(dāng)過程特性的分布中心與規(guī)格中心不重合時(shí)，過程能力指數(shù)用CPK表示，也就稱為實(shí)際過程能力指數(shù)。

CPK=（1-K）CP=（T-2ξ）/6σ

偏移量ξ=︱M-μ︱

偏離度K=ξ/（T/2）

一、工藝分析

1. 零件結(jié)構(gòu)。該零件最大外徑為Ф498.983mm，壁厚僅1.81mm，形狀特別，外形有22個(gè)齒均布。整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，22個(gè)齒的尺寸很難保證，并且不穩(wěn)定，精度要求高。如圖1：

圖1

2. 零件的材料。該零件材料為AMS5666相當(dāng)于高溫合金GH984。高溫合金也稱耐熱合金或熱強(qiáng)合金，它是一種組元很多、激活能很高、高熔點(diǎn)金屬元素含量很大的復(fù)雜金屬材料。它具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及抗熱疲勞性能，硬度高，機(jī)械性能好，而導(dǎo)熱系數(shù)低，切削性能差，對(duì)刀具的耐磨性有較高的要求。

3. 零件的切削性能。該零件的毛坯是自由鍛件，進(jìn)行了固溶熱處理，從而改善了材料的切削性能。毛坯圖如圖2。

圖2

零件在加工過程中切削性能主要表現(xiàn)在：

（1）切削變形大

（2）加工硬化傾向大在高的切削溫度和應(yīng)力作用下,都將導(dǎo)致材料表面強(qiáng)化、硬度提高。

（3）切削力大切削高溫合金時(shí)比切削中碳鋼大一倍以上。

（4）切削溫度高由于材料強(qiáng)度高、塑性變形大、切削力大、消耗功率多、產(chǎn)生的熱量多，而它們的導(dǎo)熱系數(shù)較小，故切削溫度比切45鋼高得多。

（5）刀具易磨損切削加工時(shí)產(chǎn)生的嚴(yán)重加工硬化及高溫合金中的各種硬質(zhì)化合物都易造成刀具的磨損，精度不易保證。

二、零件的總體加工路線

毛坯→標(biāo)印→數(shù)車（粗車內(nèi)徑）→數(shù)車（粗車外圓）→熱處理（消除應(yīng)力）→數(shù)車（粗車定位面）→數(shù)車（半精車內(nèi)孔）→數(shù)車（半精車外圓）→數(shù)銑（鉆角向孔）→數(shù)銑（粗銑22齒）→鉗工（去除毛刺標(biāo)?。鷶?shù)車（精車內(nèi)孔）→數(shù)車（外圓）→標(biāo)?。ㄗ罱K標(biāo)?。Q工（去除毛刺）→清洗→最終檢驗(yàn)。

本文著重介紹的是數(shù)銑工序零件變形，尺寸不穩(wěn)定，返修超差頻繁，過程能力不穩(wěn)定，是為了是零件一次進(jìn)檢合格率達(dá)到100%，實(shí)際過程能力指數(shù)大于1.33，減少過程浪費(fèi)，滿足準(zhǔn)時(shí)交付的目的。

三、加工設(shè)備及刀具的選擇

1. 設(shè)備的選擇。選用立式五軸（三加二）重切削機(jī)床進(jìn)行銑削。

2. 刀具的選擇原則。以往加工22齒時(shí)選用Φ30左右的玉米銑刀進(jìn)行粗銑開齒，現(xiàn)今選用Φ19.05的玉米銑刀進(jìn)行粗銑，選用Φ16的平底銑刀進(jìn)行半精加工和精加工。選用直徑小的刀具成本低。

3. 刀具的冷卻。由于切削耐熱合金要產(chǎn)生大量切削熱，引起刀具磨損和零件變形，為了減少切削熱和刀具磨損，要盡可能進(jìn)行冷卻，冷卻要充分，冷卻液選用乳化液。

4. 切削參數(shù)的選擇。由于高溫合金硬度高，導(dǎo)熱系數(shù)低，切削性能差，容易變形，針對(duì)本零件余量大，齒數(shù)多，要保證加工效率，所以藥選擇較為合理轉(zhuǎn)速、切深和進(jìn)給率，以往對(duì)于此類零件加工會(huì)采用每刀3mm到4mm切寬和5mm到8mm的切深進(jìn)行分層切削，這樣加工效率很低，針對(duì)本零件粗加工選擇Φ19.05的刀具，加工參數(shù)選用轉(zhuǎn)速S300，切深A(yù)p28mm，切寬9mm，進(jìn)給率F17，半精加工參數(shù)選擇S400，切深A(yù)p28mm，切寬0.5mm，進(jìn)給率F30，和精加工參數(shù)選擇S400，切深A(yù)p28mm，切寬0.1mm，進(jìn)給率F100，選用這樣的參數(shù)后，加工完一個(gè)零件所需要的時(shí)間為2.5個(gè)班。

四、零件的數(shù)控銑削分析

該零件的加工難點(diǎn)主要是22齒的銑削加工（銑削裝夾圖和加工部位如圖3）。22齒的銑削去除的余量多，銑削過程中易變形，銑削后零件從夾具上卸下后，內(nèi)孔有0.05mm到0.1mm的圓度，內(nèi)孔變?yōu)闄E圓，基準(zhǔn)面的平面度由原來(lái)的0.02mm變?yōu)?.05mm左右，刀具在加工過程中磨損大概在0.03mm到0.05mm左右，由于上述原因?qū)е铝慵總€(gè)齒的尺寸不一致，由于每個(gè)零件變形不一致，出現(xiàn)每個(gè)零件的尺寸變化不可控，很難達(dá)到合格尺寸，造成頻繁返修和超差提交。通過對(duì)數(shù)據(jù)分析，可以看出加工出的一批零件尺寸極其不穩(wěn)定，波動(dòng)幅度之大，并且同一個(gè)尺寸的最大最小值之差可以占公差的50%左右，經(jīng)過以上分析可以看出過程能力指數(shù)很低，這樣的生產(chǎn)過程是無(wú)法滿足批生產(chǎn)的要求，不能準(zhǔn)時(shí)加工出合格零件出來(lái)，更無(wú)法滿足客戶定單要求，所以我們要進(jìn)行改進(jìn)，并且在不改變加工效率的情況進(jìn)行改進(jìn)，使過程能力指數(shù)CPK值達(dá)到1.33以上，生產(chǎn)出合格零件，滿足客戶準(zhǔn)時(shí)交付要求。

五、零件的加工改進(jìn)

1. 零件尺寸不穩(wěn)定原因分析及解決方案。根據(jù)零件的數(shù)控銑削分析，零件尺寸不穩(wěn)定原因?yàn)榍邢饔嗔窟^大，零件變形導(dǎo)致尺寸變化無(wú)規(guī)律。

解決這個(gè)問題有兩種辦法，一個(gè)是修改程序，二是改變加工路線。

一修改程序，將零件粗銑修改為小余量多層切削。

優(yōu)點(diǎn)：切削力就會(huì)減小，零件內(nèi)部的應(yīng)力就會(huì)減小，銑削之后的零件變形自然會(huì)減小。

缺點(diǎn)：零件還會(huì)有小量變形；切削時(shí)間增加，加工時(shí)間會(huì)增加數(shù)倍增加；使用刀具數(shù)量增加。

二修改加工路線，將零件內(nèi)孔和基準(zhǔn)面留余量，數(shù)銑改為粗精銑分開，粗銑與精銑之間加一道數(shù)車工序，數(shù)車車削零件的變形量，然后進(jìn)行精銑

優(yōu)點(diǎn)：數(shù)銑加工工序時(shí)間沒有增加，使用刀具數(shù)量沒有增加，消除了零件的變形，零件尺寸穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：需要增加數(shù)車夾具，工序增加。三熱處理之前進(jìn)行粗銑優(yōu)點(diǎn)：消除零件變形。

缺點(diǎn)：熱處理后的半精車無(wú)法加工，斷速加工，容易打片，零件表面粗糙度不能滿足要求。

經(jīng)過以上分析可以看出第二種方法比較適合批生產(chǎn)，成本低，并且數(shù)車夾具可以用精車夾具共用，尺寸較為穩(wěn)定。

2. 改進(jìn)后結(jié)果分析。修改工藝流程之后加工12件零件收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)分析可以看出每個(gè)零件的尺寸基本一致，波動(dòng)很小，并且同一尺寸的最大最小之差在0.03mm左右，屬于刀具磨損造成，對(duì)這12件進(jìn)行CPK統(tǒng)計(jì)，計(jì)算其CPK值，基本上都大于1.33（見附錄1），滿足過程能力指數(shù)要求（大于或等于1.33），從而證明這個(gè)過程能力滿足批生產(chǎn)要求。

·附錄1