田欣華

密封外套高效加工工藝研究

田欣華

田欣華

中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司

田欣華（1978-）女，籍貫遼寧，高級工程師，從事軸類、薄壁環(huán)形零件機械加工工藝研究。

全文以某密封外套零件為載體，著重從應(yīng)用數(shù)控機床、應(yīng)用陶瓷刀具和硬質(zhì)合金機夾刀具、優(yōu)化電加工參數(shù)、細(xì)化關(guān)鍵過程步驟和刀具國產(chǎn)化五個方面論述了高溫合金實現(xiàn)真正意義上的高效加工——優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加工的工藝方案設(shè)計、驗證和取得的實效。

密封外套零件是重要的封嚴(yán)篦齒用轉(zhuǎn)動件。零件配合止口最薄處只有2mm，一側(cè)端面分布有12處U型花邊槽，另一側(cè)分布有12處與回轉(zhuǎn)軸線呈68°夾角的斜槽。零件材料為鎳基變形高溫合金GH4169，屬于難加工材料。原有工藝路線按照普通設(shè)備設(shè)計完成，需要33道工序，加工效率低，技術(shù)條件不易保證，銑加工采用進口合金刀具，切削成本高。

密封外套零件必須采取精益制造，實現(xiàn)真正意義上的高效加工——優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加工。

工藝現(xiàn)狀分析

車、銑均采用普通設(shè)備加工，工藝路線冗長，加工效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定

車、銑均采用普通設(shè)備加工，零件多次重復(fù)裝夾，型面與基準(zhǔn)不是一次加工完成，技術(shù)條件不易保證。生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長，工序間周轉(zhuǎn)等待時間過長。應(yīng)采用數(shù)控車床、數(shù)控加工中心等設(shè)備，實現(xiàn)工序集中，提高加工效率。

采用普通焊接車刀，加工效率低，刀具極易磨損

GH4169與普通鋼件相比，其機械加工性能較差，切削過程需要消耗更多的能量。普通焊接車刀切削GH4169的效率極低，且刀具磨損嚴(yán)重。應(yīng)選擇具有很高的抗氧化性、紅硬性、耐磨性的刀片材料。

電加工端面12處斜槽工序效率低

零件加工時間過長，8h/件，加工效率低。應(yīng)優(yōu)化電加工參數(shù)，提高加工效率。

關(guān)鍵工序工藝步驟不夠細(xì)化

車工藝臺工序是有效控制加工變形的關(guān)鍵工序，必須細(xì)化加工步驟，明確每一個工步的尺寸和變形控制方法。

銑加工采用進口合金刀具，刀具成本高

銑加工4道工序均采用進口合金刀具，刀具消耗為1525元/件。應(yīng)選擇國產(chǎn)刀具，降低切削成本。

綜上分析，可從應(yīng)用數(shù)控機床、應(yīng)用陶瓷刀具和硬質(zhì)合金機夾刀具、優(yōu)化電加工參數(shù)、固化關(guān)鍵過程步驟和刀具國產(chǎn)化五個方面對零件進行優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加工的工藝研究。

高效加工方案設(shè)計與驗證

應(yīng)用數(shù)控機床實現(xiàn)工序集中，提高加工效率

在數(shù)控車床CK6145C和加工中心VTC-200BN上分別實現(xiàn)半精車、精車和銑花邊、鉆孔、锪倒角等工序的集中。將工藝規(guī)程原有33道工序精簡合并為25道工序。

經(jīng)加工試驗，在VTC-200BN數(shù)控加工中心上一次裝夾，完成了銑12處花邊槽、鉆12-Φ6.5孔、鉆3-Φ5.08孔、锪12處倒角全部工作內(nèi)容。改進后減少加工時間19小時/件，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間6h/件，提高加工效率2.5倍。同時節(jié)省3套專用工裝，節(jié)省費用18134元。

采用陶瓷刀具、硬質(zhì)合金機夾刀具，實現(xiàn)難加工材料的高效加工

零件外圓錐度型面這種結(jié)構(gòu)決定了半精車工序必須去除大量的余量，才能實現(xiàn)零件成型。選用肯納的陶瓷刀具RNGN120700 T01020 KY2100。這種R6.35刀片刃口耐磨性好，并且具有良好的抗機械沖擊能力。加工試驗時，轉(zhuǎn)速110r/min，進給量0.2mm/r，切削深度1mm，去除外圓余量僅用30min，材料移除率為16.58cm3/min，切削效率提高了5倍，且尺寸精度、表面質(zhì)量良好，沒有讓刀。

內(nèi)孔型腔和外圓型面精車采用伊斯卡的硬質(zhì)合金機夾車刀GIP3.00E- 0.20 IC908和GIMY315 IC908加工完成。適宜轉(zhuǎn)速70r/min，進給量0.12mm/r，切削深度0.4mm，用時為40min和60min。與在普通車床上使用普通車刀加工相比，加工效率分別提高了1.25倍和1倍。

優(yōu)化電加工參數(shù)，實現(xiàn)電火花加工的大幅提效

提高單個脈沖能量

就是提高脈沖電壓和脈沖電流（脈寬×峰值電流），但同時必然會降低粗糙度和加工精度。所以提高脈沖寬度和電流的同時，還需改善放電波形。 原設(shè)定參數(shù)： 脈沖寬度250μS、低壓電流10.0A 、高壓電流 0.5A 包絡(luò)寬度 0μs、包絡(luò)停歇 0μs ；調(diào)整后參數(shù)： 脈沖寬度 300μs、低壓電流13.0A 、高壓電流 1.0A 包絡(luò)寬度2000μs、包絡(luò)停歇 1000μs 。

提高放電頻率

就是壓縮脈沖停歇時間，但是脈沖停歇時間過短，會使工作液來不及消電離恢復(fù)絕緣，導(dǎo)致連續(xù)的電弧放電，反而破壞放電過程。所以必須注意選擇適當(dāng)?shù)拿}沖寬度與停歇時間的比值，即脈寬比。 原設(shè)定參數(shù)：脈沖寬度250μs、脈沖停歇 200μs（脈寬比1.25）調(diào)整后參數(shù)：脈沖寬度 300μs 、脈沖停歇 100μs（脈寬比3）

提高加工系數(shù)

包括合理選擇電極材料、工作液等，以改善加工條件。這里用紫銅成型電極和煤油作為工作介質(zhì)。

通過優(yōu)化電加工參數(shù)，零件加工時間縮短至4h/件，加工效率提高1倍。

細(xì)化關(guān)鍵工序加工步驟，控制變形，提高質(zhì)量

細(xì)化車工藝臺關(guān)鍵工序加工步驟，明確每一工步的加工尺寸和加工要領(lǐng)。經(jīng)驗證，較好地控制了薄壁零件大余量切削產(chǎn)生的加工變形，控制基準(zhǔn)面平面度在0.05mm以內(nèi)，最終實現(xiàn)了精車工序尺寸和技術(shù)條件全部合格。

通過刀具國產(chǎn)化，降低切削成本，實現(xiàn)低耗加工

選用國產(chǎn)自貢硬質(zhì)合金廠的Φ12合金銑刀、Φ6.5合金鉆頭和Φ5.08合金鉆頭代替進口刀具。經(jīng)過加工試驗，零件尺寸和粗糙度Ra6.3均符合圖紙要求，與采用進口刀具加工的結(jié)果無差別。單件刀具消耗0.5/Φ12銑刀、0.5/ Φ6.5鉆頭、0.5/Φ5.08鉆頭，合計降低刀具成本1163元/件。

結(jié)語

經(jīng)加工驗證，采用數(shù)控機床實現(xiàn)工序集中，選擇陶瓷刀具和硬質(zhì)合金機夾刀具，優(yōu)化電加工參數(shù)，細(xì)化關(guān)鍵過程步驟和刀具國產(chǎn)化是實現(xiàn)GH4169這種典型難加工材料優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加工的有效途徑。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.076