■航空工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院 （河南洛陽 471009） 高 歌 李 健

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助理工程師、主管工藝師 高 歌

冷屏作為超薄壁殼體結(jié)構(gòu)，外形尺寸φ20mm×14mm，壁厚0.2mm左右，零件由多個(gè)臺(tái)階圓、2個(gè)很深的內(nèi)環(huán)槽、錐面和2個(gè)凸臺(tái)組成，內(nèi)環(huán)槽中間的隔板也僅厚0.25mm，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，同時(shí)精度要求高，加工難度極大，經(jīng)過反復(fù)分析，找到了獨(dú)特的解決方法。

1.零件分析

零件材料為NCu30-4-2-1蒙乃爾棒，是一種以金屬鎳為基體添加銅、硅、鐵、錳等其他元素而成的合金，其中硅含量高達(dá)4%以上，使得此合金比普通蒙乃爾合金韌性好，強(qiáng)度更高，硬度更高，是一種難加工材料。

圖1所示為冷屏零件模型，零件為典型的薄壁結(jié)構(gòu)。由于零件內(nèi)孔最小處僅有φ6+0.10+0.02mm，而外圓最大處達(dá)到φ20.7－0－0.21mm，沒有合適的管材，只能使用φ45mm蒙乃爾棒加工，加工余量大，內(nèi)部完全掏空，材料去除率達(dá)99.7%以上。整個(gè)零件平均壁厚0.25mm，最薄處壁厚僅為0.15mm，內(nèi)部存在兩個(gè)4mm寬的深內(nèi)環(huán)槽，與一個(gè)錐面，加工中極易產(chǎn)生變形。

（1）主要加工要素和技術(shù)要求。零件的主要結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2所示。精度要求較高的要素為mm、mm、φ12.75mm、φ6+0.10mm、+0.02mm、mm和。

（2）主要技術(shù)難點(diǎn)。①零件為超薄壁殼體結(jié)構(gòu)，最薄壁厚僅0.15mm左右，剛性差，最后精加工時(shí)切削力稍大，零件就會(huì)彎曲變形甚至折斷。加工時(shí)易顫振和振刀，影響加工精度和表面質(zhì)量。②零件剛性極差，受力后易變形，因此加工過程如何有效控制內(nèi)應(yīng)力變形、裝夾變形、切削力變形和切削熱變形是保證零件精度的關(guān)鍵。③零件上深的內(nèi)環(huán)槽排屑困難，零件內(nèi)孔最小處僅為φ6+0.10+0.02mm，兩個(gè)φ12.8mm的內(nèi)腔較深，距離加工端面最遠(yuǎn)13.2mm，刀具懸伸較長，加工時(shí)容易產(chǎn)生振刀。內(nèi)腔較深，同時(shí)材料韌性好，產(chǎn)生的帶狀切屑斷屑性能不好，纏成一團(tuán)排屑困難，精加工內(nèi)槽輪廓時(shí)，正常刀具或者普通磨制刀具使用常規(guī)方法無法加工。④φ6+0.10+0.02mm的通孔與φ12.7mm、深0.3mm孔位于切斷面，在首道工序中無法完成，必須分工序加工，而此時(shí)零件已基本加工成形，壁厚僅有0.15mm，剛性差，不僅無合適裝夾面，而且易裝夾變形，因此，合適的裝夾設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。⑤材料難切削。材料為鎳基合金，強(qiáng)度高、韌性好，這種金屬切削加工時(shí)，刀具磨損快，切削振動(dòng)大，不易切削。

圖1 冷屏零件模型

圖2 零件主要尺寸

2.工藝設(shè)計(jì)

零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工余量大，且零件精度高，正常加工時(shí)通常選擇粗加工、時(shí)效去應(yīng)力再精加工的流程。但該零件壁薄不易裝夾，綜合考慮后采用工序盡量集中、減少工序數(shù)量、優(yōu)化刀具幾何角度及切削參數(shù)以減小零件變形的原則來設(shè)計(jì)工藝流程。

加工工藝路線為：0下料→5數(shù)車→10數(shù)車→15線切割→20檢驗(yàn)→25噴砂→30發(fā)黑。

5工序數(shù)車一道工序中盡可能加工多的結(jié)構(gòu)要素，除切斷面上φ12.7mm、深0.3mm孔臺(tái)階及大端面上兩處凸臺(tái)外，其余全部在本工序保證，加工完后從毛坯棒上切下。10工序調(diào)頭平切斷面，加工該面上的φ12.7mm、深0.3mm孔臺(tái)階，并且由于刀具懸伸過長，故而安排在本工序鏜φ6+0.10+0.02mm孔。15工序線切割加工大端面上兩處凸臺(tái)。最后噴砂和表面發(fā)黑處理。

（1）分工步加工深槽薄壁。為減小零件變形、滿足精度要求，首道工序需細(xì)分工步來完成粗、精加工。內(nèi)環(huán)槽處厚度僅0.15mm，該處增加一次半精加工。

粗加工去除余量時(shí)，因內(nèi)孔結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，刀具懸伸過長，故而先加工開口處的喇叭型部分，通過鉆中心孔、鉆孔和鏜孔來去除余量，再去除外部余量加工零件外形。普通加工方式無法完成兩個(gè)完整90°深槽的切削加工，因此，按照工步細(xì)分，先分層去余量，每層比上層多切削一部分，盡量多地去除下部余量。為了不發(fā)生擠屑使零件擠壓變形，在每層切削過后，都要暫停清屑。再按照內(nèi)環(huán)槽輪廓半精加工一次，保證精加工余量一致。

在精加工時(shí)，首先精加工端面外圓，保證長度尺寸，再選擇加工相對(duì)容易保證的內(nèi)孔內(nèi)錐面、外形尺寸。最后，由于內(nèi)部兩個(gè)槽深度與寬度已經(jīng)超過正常切槽刀的加工范圍，而且零件壁極薄，如果刀具不夠鋒利，極其容易產(chǎn)生擠壓變形，在90°轉(zhuǎn)角位置也無法將余量去除干凈。故而使用兩柄不同的自磨刀具，從兩頭分別去除余量精加工，保證深槽清根。具體加工方法與刀具選用如表1所示。

加工過程中切削液要澆注充分，避免切削熱引起零件變形。

表1 冷屏加工首道工序工步過程

（2）選擇合適的刀具。零件大部分結(jié)構(gòu)要素都可以通過車削完成，又由于其材料強(qiáng)度高、韌性好等難切削特性，以及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，除鉆孔外都選用合金刀具。特別是零件為超薄壁結(jié)構(gòu)，剛性極差，需要選擇合適的刀具幾何角度，盡量減小零件的切削力并控制切削力的方向?？傇瓌t是修磨刀刃增大前角與后角，增加刀具的鋒利度。為了保證在切削過程中不發(fā)生因擠屑造成的變形，使用啄式切削法，并及時(shí)暫停清屑。避免切削擠傷零件和刀具，精加工時(shí)將切削刃磨斜，減少刀刃與零件的接觸面積，內(nèi)槽選用兩把刀各加工左、右兩面。具體刀具選擇如表2所示，專用磨制刀具如圖3所示。

圖3 專用刀具

（3）選擇合適的切削參數(shù)。零件剛性極差，受力后易變形，如何減小加工過程中切削力引起的變形，刀具與切削參數(shù)的選擇尤為重要。經(jīng)過多次試加工，最終確定了切削參數(shù)。粗加工外形參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝700r/min，進(jìn)給速度vf＝35mm/min；精加工外形參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝800r/min，進(jìn)給速度vf＝64mm/min；粗加工錐面參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝700r/min，進(jìn)給速度vf＝9mm/min；精加工錐面參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝700r/min，進(jìn)給速度vf＝42mm/min；粗加工內(nèi)環(huán)槽參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝1 000r/min，進(jìn)給速度vf＝10mm/min；半精加工內(nèi)槽參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝800r/min，進(jìn)給速度vf＝40mm/min；精加工內(nèi)槽參數(shù)：轉(zhuǎn)速S＝700r/min，進(jìn)給速度vf＝35mm/min。

表2 冷屏加工首道工序刀具選擇

3.工裝設(shè)計(jì)

（1）數(shù)控車工裝。由于在首道工序切斷后，仍有φ6+0.10+0.02mm的通孔與φ12.7mm、深0.3mm孔結(jié)構(gòu)要素未滿足要求，還需調(diào)頭加工，而零件為典型薄壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存在深槽，不能使用常規(guī)的堵頭、襯套等夾具進(jìn)行裝夾加工防止變形。因此，通過設(shè)計(jì)專用工裝來滿足要求。

通過改變夾緊力方向來防止裝夾變形，與零件φ8.6mm內(nèi)孔配合，螺母壓緊端面加工，保證總長與φ12.7mm孔尺寸。通過螺母壓緊端面改變夾緊力方向，避免薄壁部分裝夾變形。具體裝夾如圖4所示。

（2）線切割工裝。為保證薄壁盡量不受切削力的影響發(fā)生變形，經(jīng)過數(shù)控車工序，其余尺寸要素選用線切割保證。15工序線切割主要加工內(nèi)容是將R9mm圓外部分切除。由于零件材料為蒙乃爾棒，不具有磁性，不能通過吸附定位，同時(shí)經(jīng)過數(shù)控車的加工，零件已成薄壁結(jié)構(gòu)，不能使用虎鉗等普通裝夾方式進(jìn)行裝夾定位。因此，通過設(shè)計(jì)專用工裝滿足要求。

通過改變夾緊力方向來防止裝夾變形，與零件內(nèi)錐面配合，使用內(nèi)錐面對(duì)零件進(jìn)行定位，避免薄壁部分裝夾變形。具體工藝內(nèi)容與裝夾如圖5所示。

4.結(jié)語

通過制定合理的工藝和工步順序、裝夾方案包括自制工裝、選擇合理的刀具幾何角度、切削參數(shù)等，最終充分解決了難切削材料薄壁復(fù)雜零件的加工難點(diǎn)問題，保證其加工穩(wěn)定可靠。

圖4 10工序工裝及裝夾示意

圖5 15工序工裝及裝夾示意