周釘

摘 要：針對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)的薄壁封嚴(yán)環(huán)零件，進(jìn)行工藝流程改進(jìn)，從改進(jìn)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(chē)在一次裝夾中同時(shí)加工輻板的兩邊，保證零件壁厚差，解決變形難題，同時(shí)減少加工工序，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：薄壁件；封嚴(yán)環(huán)；輻板；數(shù)車(chē)；改進(jìn)

引言

封嚴(yán)環(huán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的不可少的零部件，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮將零件設(shè)計(jì)為最輕重量，壁厚相對(duì)較薄，零件屬薄壁盤(pán)類(lèi)零件，且尺寸精度要求較高。由于零件壁厚較薄使輻板強(qiáng)度差，在加工左、右輻板時(shí)，切削力使基準(zhǔn)面相對(duì)與軸線的垂直度處于不斷變化中，在加工薄壁封嚴(yán)環(huán)中零件長(zhǎng)度尺寸合格率較低。為此，我們對(duì)薄壁封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行工藝改進(jìn)，從零件裝夾，刀具改進(jìn)，程序優(yōu)化，變形分析等方面著手，解決生產(chǎn)實(shí)際難題，并為同類(lèi)零件的加工積累經(jīng)驗(yàn)。

1.變形原因分析

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

尺寸鏈計(jì)算繁瑣。后面工序的加工對(duì)前工序的尺寸有影響。

零件結(jié)構(gòu)特殊。封嚴(yán)環(huán)零件屬薄壁盤(pán)類(lèi)零件，輻板厚度為1.5mm，加工基準(zhǔn)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(chē)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(jìn)

從整體考慮，優(yōu)化整個(gè)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(jìn)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(jìn)后具體的加工流程為：①鉆孔；②粗車(chē)輻板左邊；③粗車(chē)輻板右邊；④一次裝夾車(chē)輻板兩側(cè)；⑤車(chē)內(nèi)圓；⑥銑花邊；⑦半精磨基準(zhǔn)；⑧車(chē)噴涂槽；⑨熒光檢驗(yàn)；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(jì)算簡(jiǎn)化，提高零件的合格率。改進(jìn)前單件流程需720分鐘，改進(jìn)后單件流程為507分鐘。

考慮原來(lái)熱處理的作用較小，嘗試取消熱處理。經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)，改進(jìn)后不需要進(jìn)行熱處理，降低大量生產(chǎn)成本，同時(shí)節(jié)約了寶貴的能源。

3.數(shù)車(chē)一次裝夾車(chē)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(guò)程的穩(wěn)定性。改進(jìn)后數(shù)車(chē)一次加工左、右輻板的工序代替了3道車(chē)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(yīng)用，為同類(lèi)的封嚴(yán)環(huán)零件加工提供借鑒。

3.1數(shù)車(chē)加工內(nèi)容

數(shù)車(chē)加工內(nèi)容如圖二中粗實(shí)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(guò)一次裝夾，加工出零件的外圓槽、基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)圓及輻板兩邊，具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先各個(gè)直徑尺寸同軸度可以達(dá)到 Φ0.01mm以?xún)?nèi)，零件的形位誤差小。再次，設(shè)計(jì)圖的長(zhǎng)度尺寸的尺寸鏈簡(jiǎn)化，可以保證最終尺寸合格。最后，數(shù)車(chē)是保證工藝流程縮短的關(guān)鍵。

3.2數(shù)車(chē)夾具設(shè)計(jì)

改進(jìn)前，3道車(chē)工和2道磨工工序各要一套夾具，且設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜。

改進(jìn)后的數(shù)車(chē)只需一套夾具，夾具設(shè)計(jì)難度小，如圖二所示，數(shù)車(chē)夾具由基座、壓板、拉桿和螺釘構(gòu)成?？紤]到輻板左側(cè)能進(jìn)去刀具，基座的設(shè)計(jì)要要有足夠空間。在切削力的作用下螺母不松動(dòng)，螺母的設(shè)計(jì)為左旋螺紋，與主軸旋轉(zhuǎn)方向相反。

3.3數(shù)車(chē)刀具方案

改進(jìn)前，普通車(chē)床上需要專(zhuān)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(guò)程受工人技能水平和刀具修磨好壞的影響。

改進(jìn)后，數(shù)車(chē)上的刀具為機(jī)加刀具，機(jī)加刀具具有精度高、互換性好、刀具尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，加工過(guò)程中只需更換刀片。刀片成本比專(zhuān)用刀具價(jià)格低，且一個(gè)刀片有2-4個(gè)切削刃，改進(jìn)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(chē)所需刀具只需7把，一般的數(shù)控機(jī)床的刀位數(shù)為8-12，所以一般的數(shù)控機(jī)床是能滿足一次加工輻板的左右兩邊。

3.4數(shù)車(chē)變形分析

改進(jìn)后的數(shù)車(chē)，主要的變形有兩處：加工外圓槽時(shí)，零件會(huì)出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生變形；一次加工輻板兩邊，切削時(shí)沒(méi)有反面沒(méi)有支靠到，受切削力影響，零件發(fā)生彈性變形。改進(jìn)措施：運(yùn)用材料力學(xué)的理論知識(shí)和有限元分析，計(jì)算出零件變形的量，合理編程，減少零件變形。

3.5數(shù)車(chē)編程方案

在加工內(nèi)容、設(shè)備、夾具和刀具都具備的條件下，編制數(shù)車(chē)程序也是比較關(guān)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(yīng)力最為明顯，在精走刀之前，應(yīng)先將零件的外圓槽加工，再車(chē)其余表面，其余表面加工余量大于切槽后零件變形量。

在車(chē)輻板時(shí)，零件的彈性變形最大，加工端面會(huì)有錐，輻板外側(cè)厚，內(nèi)側(cè)薄。根據(jù)數(shù)車(chē)變形分析結(jié)果，在程序中人為增加Z方向的補(bǔ)償量，在實(shí)際中X向走25mm時(shí)，Z方向退0.005mm，實(shí)際精車(chē)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(yǔ)

在一次裝夾中同時(shí)加工輻板的兩邊，保證零件壁厚差，解決變形難題，同時(shí)減少加工工序。工藝改進(jìn)后，進(jìn)行試制，在實(shí)踐中探索出封嚴(yán)環(huán)零件的更優(yōu)的加工方案。加工合格率從原來(lái)的92%提高到98%以上。通過(guò)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(chē)工序中，使用的設(shè)備為一般的數(shù)車(chē)設(shè)備，使用夾具的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用的刀具為標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)加刀具，只要合理編程和控制工序變形，此方法可方便運(yùn)用到類(lèi)似零件的加工。

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