高精密封严圈加工工艺研究

杨 琢 曹 琳 张宏升

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 零件结构及加工概述

1.1 零件结构

高精密轴承封严圈的材质为高温合金Inco718（对应国内高铬4169），最大外径尺寸φ380mm，高129.4mm，型面壁厚1.524mm，零件的斜面都是有空间的斜面点构成。零件基准端面均布有17处槽及28个孔，小端端面有12个孔，零件大端由的薄壁封严槽构成。

1.2 工艺难点

该零件从设计图纸进行工艺分析，从机械加工、涂层加工和空间斜面点检测三个方面对加工难点进行论述。

1.2.1机械加工难点

基准B直径尺寸：φ287.899±0.038，且在基准B上铣加工17个槽，小端配合基准φ128.524±0.025，且对于基准 A、B 的跳动在0.05mm之内；高精密封严槽：槽外直径φ377.596±0.025，槽宽 1.651±0.025、槽深 4.45±0.127、槽内对基准A、B的跳动要求为0.05mm并且槽底为理论R转接。

1.2.2涂层的加工难点

零件涂层尺寸：φ79.197±0.025（中间为涂层，两端为零件基体），且涂层全跳动对于基准A、B为0.05mm。

1.2.3空间斜面点检测的难点

高精密轴承封严圈的斜面均不是等厚，在斜面有4处连接部位的壁厚2侧均增厚3°-5°，而这3°-5°斜度的壁厚在加工个过程中可以通过程序来控制，但怎样来检测这3°-5°斜度的壁厚。

图1-1 零件截面

2 加工工艺研究

零件车加工的工艺路线：由于考虑到零件深腔的深度为53.5mm且零件的壁厚只有1.524mm，如果一道工序直接将深腔车加工完成，那零件的变形将可能直接导致零件的报废，故零件车加工工艺路线分为：粗车-半精车-精车路线来完成零件的加工，粗车给半精车留1.2-2mm的余量，半精车给精车留0.7-1mm的余量。

2.1 车加工的研制

半精车工序需将零件深腔（53.5mm）加工完成，形成深腔两个侧面的夹角只有52°。造成加工零件深腔过程中只能使用球刀刀片进行加工，且刀柄为直柄，但球刀切削零件易在深腔底R部位产生刀具振纹，为避免振纹的产生，采用循环程序加工零件，循环程序可在加工过程中保证零件的切削量一致（每刀的上刀量0.5mm－Max），这样就可以避免刀具切削量不一致造成刀具的让刀，并减少振纹的产生。通过加工参数合理选择，减少球刀在深腔转接R处的受力：通过零件切削线速度恒定来解决振纹问题，零件越接近R部位，零件的线速度越低，转速越慢。

精车工序：零件直径基准B（φ287.899±0.038）、平面基准A，必须先精车完成，再加工端面、小端直径、内孔、深腔等尺寸，才能保证以上部位对于基准A、B的技术条件，但基准A、B在后工序还需铣开17个槽，铣槽造成基准A、B变形，而变形量易造成以上尺寸对于基准A、B的技术条件超差。如果先精车其它尺寸再加工基准，通过其它尺寸反保证基准A、B，工序其它直径尺寸经过尺寸链的换算公差由原来的0.254mm变为0.0125mm，在工序中这样的直径就很难保证。只有通过减小铣加工过程中基准A、B的变形来解决其它部位对于基准A、B的技术条件的问题。

零件在基准A、B上铣开17个槽，且每个槽铣加工深度为5.38mm，首先，槽的深度5.38mm采用分层方法加工；其次，通过现场的试加工：走刀方式由外向内的走刀方式造成基准B的变化量为0-0.02mm，而由内向外的走刀方式造成基准B的变化为：0-0.05mm，以铣加工的走刀方式来控制基准铣加工后的变化量，并在工艺中通过转换零件基准，将基准B转换到外圆基准H，这样就可以在机床上直接检测零件小端的跳动。且在工艺文件中规定，在加工小端配合基准前，必须重新找正基准H。

2.2 铣加工的研制

零件复杂型面的铣加工，该部位加工必须采用5轴联动铣加工的方式进行，零件斜面为加强的强度，在斜面底部连接部位，壁厚两侧均增厚3°的壁厚，而这型面3°的偏差，造成铣加工3°型面的过程中易造成刀具与其它斜面过切，为保证零件车加工与铣加工的衔接，且不造成铣加工产生的过切，在铣加工斜面部位，需反复的进行调试零件铣加工驱动曲面的百分比，来保证零件铣加工与车加工完全的衔接。

2.3 高精密封严槽的加工

该零件最难的瓶颈是封严槽的加工，其设计要求：槽外直径 φ377.596±0.025，槽宽 1.651±0.025、槽深4.45±0.127、槽内对基准 A、B的跳动要求为0.05mm并且槽底为理论R转接。由于零件封严槽的设计要求极为严格，要想保证零件的设计要求，应从以下几个方面保证：

工装夹具：夹具的技术条件极大影响了零件的加工精度，夹具定位面的平面度在0.01mm、夹具定位圆基准的圆度0.01mm、夹具辅助基准的平面度在0.01mm以内，将零件压紧部位由基准A更改为零件平面，这样能大大消除槽深浅的变形，使槽宽变化量在0.015mm以内（局部变形）。

刀具的选择：加工封严槽必须先使用切槽刀粗开槽，再使用R型刀具精车槽，粗开槽使用1.5mm切槽刀进行加工，既可避免将槽车偏又可以避免刀具加工后槽的局部变形造成直径φ377.596±0.025超差，并将精车槽刀具作以更改：使用宽1.62mm的篦齿刀精加工。通过此次的加工验证，槽虽然还存在一定变型，但封严槽的变化量在公差的合格范围内。

3 零件涂层的加工

零件涂层的加工：涂层尺寸要求φ79.197±0.025，涂层跳动对于基准 A、B：0.05mm，由于涂层前后两端加工后必须漏出金属基体，刀具的选择对零件质量有极大的影响。由于加工零件的内孔φ79.197±0.025，要避免刀具与零件干涉刀具的后角必须大于30°，在试验刀具加工的过程中，采用锋利的偏刀对涂层部位进行加工，在涂层与金属连接的部位产生局部涂层脱漏，由于偏刀太过锋利，造成涂层与金属连接部位胶体脱漏，经过现场的试验最终选定刀具为：R0.Ol-22AC01F060 1020来加工零件涂层。零件试验件的加工方式是采用直接进刀的加工方式，但由于涂层部位尺寸要求φ79.197±0.025公差严，基体与涂层不能同时保证在合格范围内，需采用前后两种的走道方式，先将零件基体部位的尺寸加工合格，再加工涂层部位，采用此方式加工零件既可保证零件加工尺寸要求，又可避免涂层与金属连接部位的胶体脱落。

4 斜面空间壁厚的检测

高精密轴承封严圈的斜面均不是等厚，在斜面有4处连接部位的壁厚2侧均增厚3°-5°，而这3°-5°斜度的壁厚在加工过程中可以通过程序来控制，但怎样来检测这3°-5°斜度的壁厚。首先，在轴向与径向上找到斜面外侧需检测的一点；其次，再通过这一点引出与零件正常壁厚成90°方向上的一条线，再通过这条线与另外一侧所求型面形成直线焦点的距离。在实际的检测过程中，上述的检测不能够通过三坐标测量机直接实现，必须通过三坐标测量机扫描零件两个型面，再将型面导入电脑中，通过UG模型拟合来检测零件斜面的壁厚。

[1]西门子编程教程.

[2]金属切削手册.技术中心金属研究室.

[3]机械零件设计手册[M].北京：机械工业出版社.

[4]金属切削技术指南.山特维克可乐满.