密封外套高效加工工艺研究

田欣华

密封外套高效加工工艺研究

田欣华

田欣华

中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司

田欣华（1978-）女，籍贯辽宁，高级工程师，从事轴类、薄壁环形零件机械加工工艺研究。

全文以某密封外套零件为载体，着重从应用数控机床、应用陶瓷刀具和硬质合金机夹刀具、优化电加工参数、细化关键过程步骤和刀具国产化五个方面论述了高温合金实现真正意义上的高效加工——优质、高效、低耗加工的工艺方案设计、验证和取得的实效。

密封外套零件是重要的封严篦齿用转动件。零件配合止口最薄处只有2mm，一侧端面分布有12处U型花边槽，另一侧分布有12处与回转轴线呈68°夹角的斜槽。零件材料为镍基变形高温合金GH4169，属于难加工材料。原有工艺路线按照普通设备设计完成，需要33道工序，加工效率低，技术条件不易保证，铣加工采用进口合金刀具，切削成本高。

密封外套零件必须采取精益制造，实现真正意义上的高效加工——优质、高效、低耗加工。

工艺现状分析

车、铣均采用普通设备加工，工艺路线冗长，加工效率低，质量不稳定

车、铣均采用普通设备加工，零件多次重复装夹，型面与基准不是一次加工完成，技术条件不易保证。生产准备时间长，工序间周转等待时间过长。应采用数控车床、数控加工中心等设备，实现工序集中，提高加工效率。

采用普通焊接车刀，加工效率低，刀具极易磨损

GH4169与普通钢件相比，其机械加工性能较差，切削过程需要消耗更多的能量。普通焊接车刀切削GH4169的效率极低，且刀具磨损严重。应选择具有很高的抗氧化性、红硬性、耐磨性的刀片材料。

电加工端面12处斜槽工序效率低

零件加工时间过长，8h/件，加工效率低。应优化电加工参数，提高加工效率。

关键工序工艺步骤不够细化

车工艺台工序是有效控制加工变形的关键工序，必须细化加工步骤，明确每一个工步的尺寸和变形控制方法。

铣加工采用进口合金刀具，刀具成本高

铣加工4道工序均采用进口合金刀具，刀具消耗为1525元/件。应选择国产刀具，降低切削成本。

综上分析，可从应用数控机床、应用陶瓷刀具和硬质合金机夹刀具、优化电加工参数、固化关键过程步骤和刀具国产化五个方面对零件进行优质、高效、低耗加工的工艺研究。

高效加工方案设计与验证

应用数控机床实现工序集中，提高加工效率

在数控车床CK6145C和加工中心VTC-200BN上分别实现半精车、精车和铣花边、钻孔、锪倒角等工序的集中。将工艺规程原有33道工序精简合并为25道工序。

经加工试验，在VTC-200BN数控加工中心上一次装夹，完成了铣12处花边槽、钻12-Φ6.5孔、钻3-Φ5.08孔、锪12处倒角全部工作内容。改进后减少加工时间19小时/件，减少生产准备时间6h/件，提高加工效率2.5倍。同时节省3套专用工装，节省费用18134元。

采用陶瓷刀具、硬质合金机夹刀具，实现难加工材料的高效加工

零件外圆锥度型面这种结构决定了半精车工序必须去除大量的余量，才能实现零件成型。选用肯纳的陶瓷刀具RNGN120700 T01020 KY2100。这种R6.35刀片刃口耐磨性好，并且具有良好的抗机械冲击能力。加工试验时，转速110r/min，进给量0.2mm/r，切削深度1mm，去除外圆余量仅用30min，材料移除率为16.58cm3/min，切削效率提高了5倍，且尺寸精度、表面质量良好，没有让刀。

内孔型腔和外圆型面精车采用伊斯卡的硬质合金机夹车刀GIP3.00E- 0.20 IC908和GIMY315 IC908加工完成。适宜转速70r/min，进给量0.12mm/r，切削深度0.4mm，用时为40min和60min。与在普通车床上使用普通车刀加工相比，加工效率分别提高了1.25倍和1倍。

优化电加工参数，实现电火花加工的大幅提效

提高单个脉冲能量

就是提高脉冲电压和脉冲电流（脉宽×峰值电流），但同时必然会降低粗糙度和加工精度。所以提高脉冲宽度和电流的同时，还需改善放电波形。 原设定参数： 脉冲宽度250μS、低压电流10.0A 、高压电流 0.5A 包络宽度 0μs、包络停歇 0μs ；调整后参数： 脉冲宽度 300μs、低压电流13.0A 、高压电流 1.0A 包络宽度2000μs、包络停歇 1000μs 。

提高放电频率

就是压缩脉冲停歇时间，但是脉冲停歇时间过短，会使工作液来不及消电离恢复绝缘，导致连续的电弧放电，反而破坏放电过程。所以必须注意选择适当的脉冲宽度与停歇时间的比值，即脉宽比。 原设定参数：脉冲宽度250μs、脉冲停歇 200μs（脉宽比1.25）调整后参数：脉冲宽度 300μs 、脉冲停歇 100μs（脉宽比3）

提高加工系数

包括合理选择电极材料、工作液等，以改善加工条件。这里用紫铜成型电极和煤油作为工作介质。

通过优化电加工参数，零件加工时间缩短至4h/件，加工效率提高1倍。

细化关键工序加工步骤，控制变形，提高质量

细化车工艺台关键工序加工步骤，明确每一工步的加工尺寸和加工要领。经验证，较好地控制了薄壁零件大余量切削产生的加工变形，控制基准面平面度在0.05mm以内，最终实现了精车工序尺寸和技术条件全部合格。

通过刀具国产化，降低切削成本，实现低耗加工

选用国产自贡硬质合金厂的Φ12合金铣刀、Φ6.5合金钻头和Φ5.08合金钻头代替进口刀具。经过加工试验，零件尺寸和粗糙度Ra6.3均符合图纸要求，与采用进口刀具加工的结果无差别。单件刀具消耗0.5/Φ12铣刀、0.5/ Φ6.5钻头、0.5/Φ5.08钻头，合计降低刀具成本1163元/件。

结语

经加工验证，采用数控机床实现工序集中，选择陶瓷刀具和硬质合金机夹刀具，优化电加工参数，细化关键过程步骤和刀具国产化是实现GH4169这种典型难加工材料优质、高效、低耗加工的有效途径。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.076