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        GE燃機火焰筒加工技術(shù)

        2020-12-24 05:59:34李雪梅
        國防制造技術(shù) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:小端型面斜面

        李雪梅

        (中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司,四川 成都,610503)

        0 引言

        GE 火焰筒此類產(chǎn)品多為薄板通過焊接、成型、機械加工而制成的鈑金件,焊接和成型后所產(chǎn)生的變形將直接影響車加工壁厚尺寸,易造成零件壁厚的減薄?;诖?,本文以GE 燃燒室火焰筒零件為例,詳細分析了零件特點以及下料、成型、車加工等工序的工藝特點,通過試驗,采用不同壁厚的板料、不同的下料形狀和尺寸,并細化工序要求、改進工藝方法,較好地解決了此類零件車加工后的壁厚減薄技術(shù)難點,為解決薄壁成型零件機加工壁厚問題提供了加工方法借鑒。

        1 零件特點及工藝難點

        1.1 零件特點

        以GE 火焰筒為例,所采用的材料為AMS5872,原材料厚度為6.35mm,通過下料、焊接、成型、機加后保證壁厚3.15 (mm)機加火焰筒。零件成型后,在整個圓周方向上車加工91 條高度為0.762mm 的加強筋,銑加工88 條軸向錐度筋條。其成品件外形實物如圖1 所示。

        圖1 成品零件外形實物圖

        1.2 改進前的零件狀態(tài)分析

        1. 改 進 前 的 原 材 料 狀 態(tài)。AMS5872、6.35×980×1295(mm)的矩形板料。

        圖2 直筒料成型受力分析

        圖3 錐形筒成型受力分析

        2.改進前的主要加工工藝流程。下料→刨邊→拋光→彎兩端→滾圓→定位焊→焊接→鉗加工→X 光檢查→熱處理→車端→成型→熱處理→校型→車兩端→壓裝零件→車加工→銑筋條→頂出零件→車大端→鉗修→檢驗。

        3.改進前存在的主要問題或不足:原材料厚6.35mm,筒體成型困難,原材料價格昂貴,材料費用和成本高;彎曲對接焊兩邊并滾圓筒體時,零件的對接坡口成為尖形,導致焊接后打磨主體易減薄,從而不能保證零件壁厚;鉗加工打磨焊縫時,容易打傷主體;零件成型時,小端轉(zhuǎn)接R 處型面不到位,導致零件很難車加工滿足壁厚尺寸要求;車加工零件上筋條時,由于是全型面支撐,在車加工中過程中無法測量零件的壁厚尺寸。

        1.3 加工難點

        1.對焊接坡口形狀要求高,錯邊量不大于0.25mm,否則將可能導致零件焊縫處打磨減??;

        2.零件成型后的面輪廓度要求高,加工難度大;

        3.成型后,在圓周方向上車加工91 條高度為0.762mm 的加強筋,銑加工88 條軸向錐度筋條;

        4.零件表面質(zhì)量要求高,對鉗工的技能要求高。

        2 此零件加工工藝改進

        針對此零件在改進前存在的工藝問題、加工難點和設(shè)計圖尺寸要求不符,經(jīng)過多次試驗,總結(jié)并歸納出以下工藝改進點。

        2.1 工藝改進前主要加工方法

        除嚴格按照主要工藝流程加工外,另外增加了對重要工序的控制和要求,并進行了細化。具體包括以下五項內(nèi)容:

        1. 原材料的厚度和下料形狀。改進前,零件的原材料牌號為AMS5872, 其板料規(guī)格為6.35×1016×3048(mm), 下 料 尺 寸 為6.35×980×1295(mm)的矩形板料。增加了矩形料對邊平行度和鄰邊垂直度要求。

        2.控制對接坡口形狀。下料后,首先將矩形料的兩邊刨焊接坡口;然后彎曲、焊接兩端并滾圓。滾彎后零件的對接坡口不能成

        為尖形,彎曲后,用直尺檢查基本為線接觸而不是點接觸。

        3.確保焊接錯變量。零件定位焊后,必須保證錯邊量不大于0.25mm,對不符合要求的鉗工校正以滿足錯邊量要求。

        4.控制成型質(zhì)量。成型此零件型面共采用了成型和校型兩道工序。改進前的零件采用直筒料,在對直筒料成型受力分析(見圖2)時發(fā)現(xiàn):直筒料成型前內(nèi)徑為φ406mm,成型后小端內(nèi)徑為φ348.5mm、大端內(nèi)徑為φ469.9mm。小端在成型時受壓,原材料增厚;而大端在成型時受脹,原材料減薄。斜面A處(見圖2)是受力的分界點,在此處會造成斜面的直線度不好,而小端因收縮在去除外力后回彈導致小端與錐面轉(zhuǎn)接R 尺寸很難保證,由此可見,直筒料的成型受力特性造成了小端R 很難保證,斜面A 處鼓起,直線度不好,成型面輪廓度質(zhì)量較差,從而直接影響了車加工壁厚尺寸。

        5.壓裝零件和車加工。成型后,將此零件壓裝到整體型面胎膜上,胎膜的型面和陽模的型面一致,從而解決了薄壁零件車加工振動。如果型面質(zhì)量不好,車加工時零件與夾具型面貼合不好,易導致車加工時零件壁厚尺寸無法保證。

        2.2 工藝改進后的加工方法

        由于直筒料的成型受力特性,以及在零件加工過程中發(fā)現(xiàn)的不足,經(jīng)過多次試驗后,總結(jié)出了解決此零件工藝加工流程中的不足,改變了下料形狀,增加了一些關(guān)鍵工序。主要有以下六項內(nèi)容:

        1. 將直筒料改為扇形料。改進后,采購的原材料牌號仍為AMS5872,其板料規(guī)格變更為5.334×1016×3048(mm)。材料厚度由6.35mm改為5.334mm,下料的形狀由矩形改為扇形。

        2.扇形料的成型受力分析。將扇形料刨邊、彎曲、焊接、滾圓成錐形筒體,錐形料小端內(nèi)徑為φ369.9mm,大端內(nèi)徑為φ482.24mm;成型后小端內(nèi)徑為φ348.5mm,大端內(nèi)徑為φ469.9mm;由于在成型時整個錐體的型面都受壓,不存在受力分界點,斜面的直線度很好。因材料回彈,小端的轉(zhuǎn)接R 和大端的直徑都會增大,因此在設(shè)計模具時就考慮了回彈量,大端陰模內(nèi)徑比理論值小1.2mm,小端陰模內(nèi)徑比理論值小1.0mm;同時考慮到大、小端增厚量差異,小端按5.6mm 配陰陽模間隙,大端按5.334mm配陰陽模間隙,斜面按大、小端尺寸過渡配間隙。解決了回彈和成型時的受力分界點給型面造成的影響。但是,小端轉(zhuǎn)接R 仍然很難保證,因此針對此問題采取了一個補充工藝收小端。錐形筒成型受力分析(見圖3)。

        3.校正小端轉(zhuǎn)接R。在零件校正型面后,采用校正陽模和小端收環(huán)配合,通過減小收環(huán)的R 來補充回彈量的加工方法,解決了因回彈導致轉(zhuǎn)接R 不合格問題。

        4.測量零件實際壁厚并標記在零件上。分別測量筒體大小端、斜面、轉(zhuǎn)接R 處和焊縫處壁厚,記錄測量的最小值,并用油性筆標記在零件相應(yīng)的位置上。

        5.壓裝零件。將已車端面和記錄有實際厚度數(shù)據(jù)的零件用液壓機將零件壓裝到胎具上,壓好后,敲擊零件所有外表面,沒有空響(表示零件與胎具貼合良好)后才能進行下工序加工。

        6 .數(shù)控車加工筋條。由于該零件為薄壁件,且零件在車加工過程中無法測量厚度(只有加工完成后從胎具上取下來才能進行測量),同時零件的成型輪廓(如大小端直徑、斜面直線度,斜面與小端轉(zhuǎn)接R15.88mm)質(zhì)量也會對車加工壁厚產(chǎn)生直接影響??紤]到這些影響壁厚控制的因素,對數(shù)控車加工細化了以下五條操作要求:

        a)找正零件大小端和斜面3 處的跳動,要求跳動不大于0.4mm。

        b)車加工外層時,數(shù)控程序的的轉(zhuǎn)接R 應(yīng)與實際零件轉(zhuǎn)接R 一致。用直尺和樣板緊貼零件的斜面和小端找出轉(zhuǎn)接處,用劃針在零件上劃出轉(zhuǎn)接R 處交點處,根據(jù)劃線來決定小端端面余量以建立軸向車加工基準。并根據(jù)零件上記錄的實際壁厚計算車加工外層加工余量,從而保證零件壁厚和筋條總高度尺寸。

        c)車加工外層后,接著車加工圓周方向的91 條加強筋,保壁厚尺寸3.15 (mm)(見圖1)

        d)車加工完成后,零件連同胎具一起周轉(zhuǎn)到數(shù)控銑床,銑加工88 條軸向錐度筋條。

        e)銑加工完成后,將帶有零件的胎具周轉(zhuǎn)到液壓機處,將零件從胎具上取下來。

        3 工藝改進后的經(jīng)濟效益分析

        工藝改進后經(jīng)濟效率包括原材料采購成本和廢品率降低兩部分,經(jīng)計算改變零件厚度和下料規(guī)格后,單件材料消耗成本每件降低4206 元,按年訂單8 臺共144 件(18 件/臺),可節(jié)約采購費用605664 元。根據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù),改進工藝后廢品率降低了2%,按同樣的產(chǎn)量計算降低廢品損失(顯性損失)132255 元。按年產(chǎn)144 計算工藝改進后共節(jié)約737919 元。

        4 結(jié)論

        通過對GE 火焰筒典型零件的成型受力分析和試驗生產(chǎn),在原工藝流程的基礎(chǔ)上細化了焊接坡口彎曲形狀,細化了鉗工打磨焊縫要求,細化了數(shù)控車加工要求。通過將板料厚度由6.35mm 改為5.334mm、將矩形料改為扇形料,改變了零件的成型受力狀況;通過增加校正小端與斜面的轉(zhuǎn)接R 工序,改善了成型的型面輪廓質(zhì)量;增加壓裝零件前的實際壁厚測量并記錄在零件上,為后續(xù)的車加工等關(guān)鍵工序提供了依據(jù)。通過這一系列的工藝改進,找到了一種較為可靠、穩(wěn)定的工藝路線和加工方法,既降低了生產(chǎn)成本和廢品率,又提高了經(jīng)濟效益,為解決同類零件的加工提供了可資借鑒的工藝方法。

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