薄壁筒轴的工艺研究

2014-03-02

中国新技术新产品 2014年13期

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司,辽宁沈阳 110043）

薄壁筒轴的工艺研究

郑琪然文国军时旭

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司,辽宁沈阳 110043）

筒轴为薄壁件，整个型面厚度不超过2mm，刚性差。该件材料为高温合金，硬度高，在小端有花边、槽，需要进行大量铣加工，进一步加大筒轴的变形。同时尺寸和形位公差要求严格，在工艺制造过程中难以加工保证。因此需要制定合理的加工路线及加工方法，设计专用减小变形的车床、镗床、铣床夹具，选择恰当的刀具及加工参数，以减少工件的变形，保证工件的加工质量。该工件的合格交付不仅保证了设计要求，也为今后同类型件的加工积累了经验。

筒轴；薄壁；高温合金；加工变形

薄壁筒轴壁薄，中段壁厚为2，大端锥面壁厚仅1.8，整个结构刚性差，容易振刀。工件各尺寸精度要求高，大小端内孔外圆尺寸、端面小孔直径技术条件要求严格，如外圆圆柱度仅0.016，小端小孔对小端端面和外圆的位置度仅0.04，小端端面对大端端面和大端外圆全跳动仅0.016等，在机加制造过程中都难以保证。在小端有花边、端面槽等，因此精车后还需要进行大量的铣加工，极有可能造成工件变形。筒轴材料为高温合金，硬度高，可切削性差，这些都为保证工件加工质量带来困难。在实际加工中，制定了合理的加工路线，设计了一套车床夹具，两套同时用于镗床和铣床的夹具，并优化切削参数，采用低转速小进给加工，最终满足了设计要求。

1 制定工艺前准备

筒轴材料为高温合金，薄壁件，技术条件多，精度要求高，很多技术条件都在0.015～0.025之间。中段壁厚为2，大端锥面壁厚仅1.8，大小端面均均布有小孔，孔位置度均为0.04，小端外圆和小端内端面内圆对应分布有10处花边，精度要求高，加工很难保证。筒轴三维示意图如（图1）。

2 主要加工过程控制

2.1 内外型面的加工

内外型面为锥面，壁薄，中段壁厚为2，大端锥面壁厚仅1.8 ，尺寸多，工件薄壁精度比较高，多项技术条件要求比较严，壁薄易变形，加工很难保证。因为筒轴壁薄，必须考虑控制变形。经研究，从工艺路线上安排两次消除应力热处理，减小机加应力对变形的影响；研究装夹方案，尽可能减少精车内外型面时装夹引起的变形。同时选择合适的切削刀具、优化切削参数，控制工件变形。

2.1.1 工艺路线对变形的控制

因为筒轴属于薄壁件，在开始制定工艺路线时就必须考虑控制变形。筒轴材料为高温合金，加工时候切削力大，容易累积较大的机加应力，为了最大限度减小机加应力对变形的影响，工艺路线安排了两次消除应力热处理：经过车超声波面粗车后进行第一次消除应力热处理，消除前几道工序累积的应力；在半精车后再进行一次消除应力热处理，释放工件中所累积的机加应力，控制精车时机加应力对工件变形的影响。

工件壁厚不到2mm，为保证该尺寸的加工精度，将内外型面在同一工序中加工，减少重复装夹对各尺寸精度的影响。同时由于是一次加工完成内外型面，相关的技术条件也得到了保证。

2.1.2 修复小端基准

在第二次消除应力热处理之后，修复小端基准。加工前找正夹具配合端面跳动不大于0.01。以大端端面和外圆为基准，压紧大端内端面，涨紧内型面。在外型面靠工件中间位置上加工出环形找正带，以便下工序精车内外型面找正用。

2.1.3 精车内外型面

为了控制工件壁厚差，同时保证各技术条件的要求，在修复小端基准后，一次加工内外型面和端面。为了减少机加力对工件变形的影响，设计了专用的精车夹具。采用该套夹具加工工件，工件被充分支撑，变形得到了有效控制。加工后的工件表面基本无振纹，满足设计图纸对工件尺寸精度和技术条件的要求。

2.2 镗孔、铣削加工

工件大端端面有孔、槽，大端外圆有缺口，在加工大端时，为防止刀具钻削力使工件大端变形，因此设计了专用工装，减少工件变形。采用快换装置可使夹具可在不拆卸压板螺母的情况下快速更换工件，方便现场加工。

图1 筒轴三维示意图

小端均布有小孔，端面有槽，外圆有花边，在小端内端面上还均布有小孔，内端面内侧有花边。由于加工余量大，且既有钻镗加工，又有铣加工，因此需要对小端进行充分支撑，以较少振刀，控制工件变形。由于工件大端在下，小端在上，因此需要设计特殊结构的夹具。利用该工装加工的工件，加工效率高，表面质量好，工件变形也得到充分控制。