控制异型环段结构零件加工变形的工艺研究

邢利君+高树林+沈馨娥

摘 要：文章分析了某发动机前支架外部嵌板研制过程中加工难点，并有针对性的阐述了该前支架外部嵌板车加工、铣、钻加工大直径小环段异型结构零件加工变形的控制。确定了有效地加工工艺方案，解决了异型环段结构零件加工变形的技术难题，提高零件加工的合格率，具备极大地推广价值。

关键词：前支架外部嵌板；加工；变形控制

引言

某发动机前支架外部嵌板结构简图见图1，零件为大直径小环段异型结构零件，其材料为镍基高温合金，硬度为HRC46-48，零件硬度高，且为短环异型零件车、钻、铣加工，加工难度很大，属于易变型难加工零件，需要通过攻关研究确定前支架外部嵌板的工艺，解决车、钻、铣加工过程中的难题，解决零件铆接松动、铆偏等难题。

图1 前支架外部嵌板简图

1 大直径小环段异性结构零件加工工艺性分析

1.1 零件结构分析

该零件直径为ф1165±0.05mm，壁厚为3±0.1mm，弧段为18.5°，为大直径小环段异型结构零件。机械加工中存在定位压紧不可靠及断屑切削等系列问题。

1.2 零件材料分析

零件材料：AMS5662，相当于国产牌号：GH169。该材料为镍基高温合金，硬度高，材料的切削性极差，给零件的车削、钻、铣加工带来极大的难度。

1.3 加工难点分析

针对在实践加工中出现的问题，制定相应的措施，并在不断摸索中寻求防止变形的有效解决方法，及时进行经验总结。零件的加工难度主要有以下几点：大直径小环段异型结构零件加工中因系统刚性差，强度低，切削易产生振动，影响零件加工精度；小孔的位置度要求：ф0.05不易保证；加工余量、加工参数、定位夹紧、刀具的选择、需要调整和重新确定，并做了相应的改进；零件组合后铆接存在易铆偏问题。

2 确定有效的加工工艺方案

2.1 确定工艺路线

由于零件直径为ф1165±0.05mm，壁厚为3±0.1mm，弧段为18.5°，为大直径小环段异型结构零件，该工艺路线的安排，要充分考虑到克服零件加工变形，加工工艺路线安排为：毛料（环料）→车基准→车内外型面→加工定位孔→线切割切断→铣内外轮廓→线切割槽轮廓→铣轮廓及钻孔→去毛刺→清洗→标印→中间检验→荧光渗透检查→装配→最终检验→入库。

2.2 改进数控程序提高车加工效率

主要改善方法：调整数控程序，更改走刀路线。在车内外型面时，余量约在25mm左右，且该零件HRC=46～48。改善前采用轮廓方式编程，且加工参数为S=7、f=0.10mm，X向每刀上0.5mm，每刀走刀时间1.6小时。这样总共走刀时间为160小时。

改善后经试验加工采用切刀去余量（为精加工留2mm余量），及轮廓程序精车的方式进行加工。粗加工时切刀X向排7刀，Z向切深0.5mm，S=10、f=0.1。精加工时采用轮廓编程方式，加工参数为S=7、f=0.10mm，X向每刀上0.5mm，每刀走刀时间1.6小时。这样共消耗走刀时间约为48小时。改善后效果分析：车加工工序提高生产效率70%。

3 改进零件铣、钻加工的装夹方式，增加辅助支撑，增强刚性

大直径小环段异型结构零件的难点在于零件定位压紧不可靠，系统刚性差，强度低，切削易产生振动，其振动可造成钻头中心相对工件预钻中心发生偏移，钻出的孔径大于钻头直径或打刀，还将直接影响加工精度、刀具耐用度和切削效率。有效地控制铣、钻工序零件的振动，即可提高加工精度。为了正确定位压紧，重新组合了夹具，改进零件的装夹方式，在原来的线接触定位方式改为面接触定位方式，定位压紧得到了明显改善，消除了零件与夹具之间的间隙，尽可能提高了整体的刚度，有效解决了铣、钻定位压紧不可靠问题，提高了铣、钻加工精度和孔壁表面质量，生产效率也得到显著地提高。

4 钻头的改进

由于该零件材料为镍基高温合金，硬度为HRC46-48，零件硬度高，钻头极易发生破损或出现在出钻时偏斜。为了消除钻孔偏斜，提高钻头的耐用度，在钻头的选材及钻头的结构上进行改进。选用“外购ф2.5合金钻头直接加工”取代“原来用小钻头钻底孔再用ф2.5铣刀加工”。经过试加工，既保证了小孔表面质量，又保证了小孔的位置度ф0.05等关键因素，加工过程稳定。由此可见，钻头与零件材料的匹配性及钻头直径尺寸的合理选用直接影响钻头的耐用度和钻孔质量。经过改进，提高了钻孔效率，大大降低刀具消耗，有效的节约成本。

5 采用合理的切削参数

合理的安排切削参数，既可以提高零件的加工质量，又大大地提高了零件的加工效率。

粗车加工切削速度v=35m/min，进给量=0.10mm/r，切削深度ap=3.75mm；

精车加工切削速度v=53m/min，进给量=0.15mm/r，切削深度ap=0.3mm；

铣加工切削速度v=114m/min，进给量=2000mm/min，切削深度ap=0.5mm；

钻加工切削速度v=24m/min，进给量=60mm/min。

6 改进铆接装配工序

该零件的铆接采用手工铆接的方法，完全靠人工控制铆钉成型，在铆接时，易出现铆钉松动、铆接处板材间有间隙或铆偏等的问题。铆接装配质量直接影响零件的总体质量。为了保证铆接质量，工序对铆接的细节进行严格要求，并要求铆接人员严格按工艺操作，检查零件在夹具上的定位与支撑、铆头设计、铆头尺寸材料和硬度以及铆钉结构对铆接工艺的适应性，铆钉结构和铆接夹具的结构上必需要保持支撑面的面积至少要大于1.2倍的铆接面的面积，铆钉与铆座之间的最大间隙要控制在0.3mm之内。保证铆钉成型头部的直径фD=3.5814min，成型头部高度H=1.1938min，并保证埋头铆钉头应充满或凹下埋头孔，铆钉头低于周围表面0-0.381mm。

7 铆接存在问题及处理

7.1 成品铆钉头部的修整

在修整或钳加工前，要求成品铆钉头部突出不大于0.152mm，修整或钳加工后，铆钉头部应与表面齐平，头部φ4min。修整时不允许碰伤零件表面。

7.2 镦制镦头方法

成型钉头与零件之间的间隙不应该通过进一步镦制而靠拢。由该工序产生的多余的材料形成的重叠或裂纹和铆钉损坏。在这些情况下应更换铆钉。

7.3 铆钉松动。铆钉松动或铆接处板材间有间隙不合格。

8 结束语

文章研究了大直径小环段异型结构零件的基本实现途径，改进了加工方法、优化了工艺参数，摸索出加工这种零件的有效工艺措施。有效地避免了薄壁大直径小环段零件加工的变形问题，提高了深孔加工精度、提高了加工效率，取得了良好的效果，形成如下结论：改进数控程序提高车加工效率，调整数控程序，优化走刀路线；改进零件铣、钻加工装夹方式，增加辅助支撑，增强刚性；合理选用钻头、降耗增效；合理安排切削参数，提高了零件的加工效率；规范铆接过程，要求铆接人员严格按规范操作。endprint