轴套类薄壁零件的车削加工技巧

夏新禹+李建华+张鹏+张海枝

摘 要：航空发动机中有很多薄壁零件，薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增加，不易保证零件的加工质量，薄壁零件的加工是机械加工中的难点之一。

关键词：薄壁零件；车削；加工技巧

中图分类号：TG51 文献标识码：A

航空产品生产中，经常存在着一些刚性差，精度高的薄壁零件，其中多数为产品的关键零件，而且由于航空发动机的特殊性，在航空零件的选材上更偏向于钛合金、高温合金等难加工材料，这就为加工薄壁零件带来了更大的难度。在环形件中，一般认为零件壁厚与内径曲率半径之比小于1∶20时，称作薄壁零件。薄壁零件是较难加工的零件，这类零件的壁厚与它的径向、轴向尺寸相比较，相差悬殊，一般为几十倍甚至上百倍，所以这类零件的刚性较弱，给车削加工带来较大的困难。

薄壁零件的种类很多，在车削加工中经常碰到的薄壁零件有3种类型。

1.轴套薄壁件

这类零件内、外圆的直径差很小，轴向尺寸大于径向尺寸；一般对孔的圆度、圆柱度、各圆柱表面的同轴度、孔轴线的直线度等都有严格的要求，如图1所示。

2.环类薄壁件

这类零件内、外圆的直径差很小，径向尺寸大于轴向尺寸，端面面积小；一般与套类薄壁件的要求基本相同，但有時有一个或者两个端面对孔轴线的垂直度有严格的要求，如图2所示。

3.盘类薄壁件

这类零件大都呈薄壳形状，内、外圆直径相差很小，轴向尺寸也很小，径向尺寸大于轴向尺寸，一般都有较大的端面面积，这类薄壁件除了对圆柱面的圆度和同轴度有要求外，一般对端面的平面度和端面对孔轴线的垂直度有严格的要求，如图3所示。

下面就重点介绍一种薄壁零件中的轴套薄壁件的加工方法，它的材料为0Cr17Ni，属于不锈钢材料，内孔与外圆尺寸公差要求精，薄厚为2mm，零件长度为349mm，零件尺寸如图4所示。

在加工此零件时，必须考虑的是避免零件在加工过程中产生震纹，装夹变形以及在加工中的热变形，针对这个零件的尺寸要求，加工难点，需要采用非传统的车加工方法。此零件的毛料为直径φ120，长度400mm的棒料，先进行粗车工序，将零件外径进行粗加工，去除2mm余量，并进行钻孔和镗孔讲内孔加工到φ50，然后进行热处理。接下来进行半精车工序，将外径加工到φ117左右，并且保证零件要在380mm的长度上不能有接刀痕，因为零件外圆为定位基准，需要保证基准的较高精度。最后进行最重要也是难度最大的精车工序，首先用三爪卡盘夹紧外圆的一端，找正外径至φ0.02以内，另一端架中心架，加工内孔至φ90+0.05，将内孔加工到整个长度的一半，由于零件材料为0Cr17Ni，在切削零件时产生的较大的弹性变形和塑性变形，使切削的温度升高而产生热变形，因此需要合理调整切削用量，从而达到减少零件变形的目的，由于普通机床刀架限制，只能装夹φ30的刀杆，将刀杆伸出205mm，这是最大极限，进刀深度经过反复试验为直径方向3mm，机床转速为160r/s，在加工内孔时对刀具要求还是比较多的，需要计算好刀具磨损程度，加工到内孔最终尺寸时最好不用新修磨出的刀具，如果要用新修磨的刀具时，必须增加修光刃，以增加零件内孔表面光洁度，并在修光刃上磨一条宽度为0.15mm～0.20mm后角为零度的刃带，它不仅能加强修光刃还具有支撑导向及消振的作用，以提高工件表面质量作用，在装夹刃具时刀尖一定要略低于工件轴线，在加工内孔时充分加注冷却液以带走切削热，并及时清除铁屑。在中心架处及时加注润滑油，以防止中心架紧抱住工件外径，对零件外圆造成损伤。接下来在零件一端加工好后加工另一端，在装夹内孔加工好的那一面时，为了防止内孔被夹变形，内孔需要放入工艺堵，工艺堵与内孔有0.01～0.02的间隙，重复上面的加工过程，将整个内孔加工完成。最后进行外圆的加工，将内孔填充满棉线布或棉花并压实，用手压实就可以了，向内孔中加注水或冷却液直到加满为止，另一端也采用一个工艺堵，然后采用一夹一顶的加工方法找正外径，用75°外圆车刀进行车削外圆，在此工序中虽然因装夹定位较好，不易产生震纹，但进刀量也不易过大，吃刀量过大容易产生塑性变形，至于在内孔加水是由于棉布或棉花等棉纤维遇水会膨胀，这样就与零件内孔接触的更完美，使薄壁筒变成为实心棒料，所以在加工外径时不容易产生震纹，切削产生的切削热也能及时传导出去，通过采用上述多种加工方式，成功的完成了此薄壁件的加工。

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]孔金星.低刚度薄壁零件的精密加工[J].工具技术，2003，37（12）：29-31.

[3]王志刚，何宁，武凯，等.薄壁零件加工变形分析控制方案[J].中国机械工程，2002，13（2）：114-117.

[4]王增强，孟晓娴，任学军，等.复杂薄壁零件数控加工变形误差控制补偿技术研究[J].机床与液压，2006（4）：61-63.