薄壁封严环的加工改进

周钉

摘 要：针对生产质量问题频发的薄壁封严环零件，进行工艺流程改进，从改进零件装夹，选择合适刀具，优化数控程序等方面，解决零件变形难题。数车在一次装夹中同时加工辐板的两边，保证零件壁厚差，解决变形难题，同时减少加工工序，提高生产效率。

关键词：薄壁件；封严环；辐板；数车；改进

引言

封严环是航空发动机的不可少的零部件，设计时必须考虑将零件设计为最轻重量，壁厚相对较薄，零件属薄壁盘类零件，且尺寸精度要求较高。由于零件壁厚较薄使辐板强度差，在加工左、右辐板时，切削力使基准面相对与轴线的垂直度处于不断变化中，在加工薄壁封严环中零件长度尺寸合格率较低。为此，我们对薄壁封严环进行工艺改进，从零件装夹，刀具改进，程序优化，变形分析等方面着手，解决生产实际难题，并为同类零件的加工积累经验。

1.变形原因分析

零件的加工周期较长。改进前共有15道工序，包括有消除应力、等离子喷涂和荧光检验工序。具体加工流程为：①钻孔；②粗车辐板左边；③粗车辐板右边；④热处理消除应力；⑤粗磨辐板两侧；⑥车定位内圆；⑦半精车辐板左侧；⑧半精车辐板右侧；⑨铣花边；⑩半精磨辐板两侧；?车外圆槽；?车喷涂槽；?荧光检验；?等离子喷涂；?喷涂后精加工至尺寸。

尺寸链计算繁琐。后面工序的加工对前工序的尺寸有影响。

零件结构特殊。封严环零件属薄壁盘类零件，辐板厚度为1.5mm，加工基准A及反面是变形不受控。外圆处有三处槽。内孔为等离子喷涂层，喷涂厚度要求为0.2mm，在喷涂前内孔需车喷涂槽。内圆与辐板相交的圆角处最薄仅有2.0mm，加工内外圆弧后，零件变形比较明显。

2.工艺流程改进

从整体考虑，优化整个工艺流程，将多道工序间接保证的尺寸改为一次加工保证，并进行工艺试制。

原有的15道工序，缩减为现在的11道工序。改进后具体的加工流程为：①钻孔；②粗车辐板左边；③粗车辐板右边；④一次装夹车辐板两侧；⑤车内圆；⑥铣花边；⑦半精磨基准；⑧车喷涂槽；⑨荧光检验；⑩等离子喷涂；?喷涂后精加工至尺寸。

缩短了零件的加工周期，尺寸链的计算简化，提高零件的合格率。改进前单件流程需720分钟，改进后单件流程为507分钟。

考虑原来热处理的作用较小，尝试取消热处理。经过工艺试验，改进后不需要进行热处理，降低大量生产成本，同时节约了宝贵的能源。

3.数车一次装夹车辐板两侧

将原有的四道手工操作合并为数控加工，确保加工过程的稳定性。改进后数车一次加工左、右辐板的工序代替了3道车工和2道磨工工序不但大幅提高了效率，而且提高了产品质量。在一道工序中加工出左、右辐板，属于首次应用，为同类的封严环零件加工提供借鉴。

3.1数车加工内容

数车加工内容如图二中粗实线表示，除支靠、定位和压紧部位不能加工，其余部位都在一次装夹加工完成。

通过一次装夹，加工出零件的外圆槽、基准面、基准圆及辐板两边，具有以下优点：首先各个直径尺寸同轴度可以达到 Φ0.01mm以内，零件的形位误差小。再次，设计图的长度尺寸的尺寸链简化，可以保证最终尺寸合格。最后，数车是保证工艺流程缩短的关键。

3.2数车夹具设计

改进前，3道车工和2道磨工工序各要一套夹具，且设计相对复杂。

改进后的数车只需一套夹具，夹具设计难度小，如图二所示，數车夹具由基座、压板、拉杆和螺钉构成。考虑到辐板左侧能进去刀具，基座的设计要要有足够空间。在切削力的作用下螺母不松动，螺母的设计为左旋螺纹，与主轴旋转方向相反。

3.3数车刀具方案

改进前，普通车床上需要专用切槽刀和圆弧刀具，刀具成本高，刀具尺寸不稳定，加工过程受工人技能水平和刀具修磨好坏的影响。

改进后，数车上的刀具为机加刀具，机加刀具具有精度高、互换性好、刀具尺寸稳定等特点，加工过程中只需更换刀片。刀片成本比专用刀具价格低，且一个刀片有2-4个切削刃，改进后刀具消耗成本减少。

T0505和T0606加工辐板的左侧，T0808加工辐板右侧和外圆，T0101和T1010加工外圆上的槽，T0202和T0707加工辐板右侧的端槽部位。

数车所需刀具只需7把，一般的数控机床的刀位数为8-12，所以一般的数控机床是能满足一次加工辐板的左右两边。

3.4数车变形分析

改进后的数车，主要的变形有两处：加工外圆槽时，零件会出现内应力产生变形；一次加工辐板两边，切削时没有反面没有支靠到，受切削力影响，零件发生弹性变形。改进措施：运用材料力学的理论知识和有限元分析，计算出零件变形的量，合理编程，减少零件变形。

3.5数车编程方案

在加工内容、设备、夹具和刀具都具备的条件下，编制数车程序也是比较关键，走刀路径和每把刀加工顺序尤为重要。

外圆槽产生的内应力最为明显，在精走刀之前，应先将零件的外圆槽加工，再车其余表面，其余表面加工余量大于切槽后零件变形量。

在车辐板时，零件的弹性变形最大，加工端面会有锥，辐板外侧厚，内侧薄。根据数车变形分析结果，在程序中人为增加Z方向的补偿量，在实际中X向走25mm时，Z方向退0.005mm，实际精车端面程序结果如下所示：

N110 G99 G01F.13 X174.4 Z5.895

N120 X149.4 Z5.9

4.结语

在一次装夹中同时加工辐板的两边，保证零件壁厚差，解决变形难题，同时减少加工工序。工艺改进后，进行试制，在实践中探索出封严环零件的更优的加工方案。加工合格率从原来的92%提高到98%以上。通过缩短工艺流程，取消热处理，零件成本降低36.3%，加工效率提高29.6%。

数车工序中，使用的设备为一般的数车设备，使用夹具的设计简单，使用的刀具为标准的机加刀具，只要合理编程和控制工序变形，此方法可方便运用到类似零件的加工。

参考文献：

[1]王华桥.实用数控加工技术应用与开发[M].北京：机械工业出版社，2007

[2]刘万菊.数控加工工艺及编程[M].北京：机械工业出版社，2007

[3]陈宏钧.实用金属切削手册[M].北京：机械工业出版社，2009