提高高温合金薄壁接头系列零件的合格率

闫耀青

太原航空仪表有限公司 山西太原 030006

1 高温合金GH4169 特性

随着我国航空工业的发展，高温合金的应用越来越广泛。高温合金能在高温（600-1000℃）氧化和燃气腐蚀条件下，承受较大的应力而长期使用，在航空航天行业零部件制造中经常使用[1]。其中GH4169是一种在深冷和高温条件下用途广泛的高温合金，它屈服强度高、塑性好，具有良好的焊接性能，成型性好，有较高的耐腐蚀性和高温抗氧化型。正是由于GH4169具有的这些特性，其材料被大量用于航空发动机中的高温下长期工作的发动机零件。

薄壁零件的加工特点：薄壁类零件已日益广泛的应用在各工业部门，因为它具有质量轻，结构紧凑等优点，但由于薄壁零件刚性差、强度弱，给加工带来了各种技术上的问题，在加工中变形难以控制，同时还会产生切削振动，使零件尺寸误差增大，不易保证零件的加工质量[2]。在公司机械加工实际生产过程中，经常会遇到加工各种不同类型的薄壁零件，在加工过程中容易变形，对其内在外在引起变形的根源进行分析，在加工薄壁类零件时，如何防止其变形，从而达到零件图纸要求，达到各项技术指标和稳定性要求，处理方法的探索是非常必要的。

2 针对所产生问题进行原因分析

2.1 GH4169难加工的原因分析

缺少加工高温合金材料的专用刀具应该采用高温合金材料GH4169加工，其切削特性是：切削力大，切削温度高，加工硬化严重，刀具易磨损。在加工时重切削力和产生高温共同作用下，使刀具容易产生碎片或变形，进而导致刀具断裂。正是由于高温合金的这些特性，对加工时所用刀具具有很高的要求，普通合金刀具无法满足切削要求，直接提高了加工难度。

2.2 薄壁类零件易变形的原因分析

本文中的衬盘是薄壁类零件中比较典型的零件，它的内外直径差非常小，径向刚性差，由于夹紧力、切削力、切削热等诸多因素的影响，加工中变形比较大。具体原因如下：

（1）因工件壁薄，在紧夹力作用下容易产生变形。在装夹过程中，原用三爪卡盘与零件接触面积小，导致零件受力不均匀，薄壁零件与卡盘接触部分承受了较大的径向夹紧力，容易发生形变。

（2）在加工过程中，由于切削力（尤其是径向切削力）的影响，容易产生振动从而引起变形，影响了工件的尺寸精度、形状和位置精度。

（3）因工件壁薄，切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制。对于高温合金GH4169材料的薄壁零件，在一次装夹中完成从粗车到精车，由热切削引起的工件热变形，会对其尺寸精度产生极大影响，甚至会使工件卡死在夹具上。

3 解决高合材料难加工问题

选择合理的加工刀具 加工过程中切削力集中在刀刃附近，尤其是在加工高温合金时，容易发生刀具崩刀情况，因此选用的刀具需要较好的韧性和抗弯性。在大量的加工实践中，经过对比，选用进口山特维克SANDVIK COROMANT刀片，山特刀具属于硬质合金刀具，具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在1000℃的温度下，也基本保持不变，在1400℃时仍有很高的硬度，可切削90HRA左右的硬质材料。这些优良性能使山特刀具相比普通合金刀具具有较高的韧性和抗弯性，可以有效避免在切削过程中发生崩刀现象。此外山特刀具比常用合金刀具切削速度高2-4倍，刀具寿命高5-10倍。

3.1 解决薄壁零件易变性问题

（1）工装夹具的改进：a.装夹零件时采用自制的软卡爪，软卡爪圆弧与零件外径相吻合，形成保护零件的专用衬套，将零件准确定位的同时增大了夹头与零件的接触面积，让紧夹力均布在工件上，减少零件变形，此外，软爪也可以防止零件被夹伤；b.正确选择夹紧力的作用点，使夹紧力作用于零件支承点的对应部位或刚性好的部位，并尽可能靠近工件的加工表面。

（2）设计合理的加工工艺流程。在工艺流程上，零件分为粗车、半精车、精车阶段。先粗加工零件的外圆和内孔，外圆、内孔和端面单边均留较大余量，然后再选择适当的装夹方法，将零件进行半精加工、精加工到图纸尺寸要求。工件分粗、精车，是由于粗车时切削余量较大，切削力大，夹紧力大，相应变形量也大，半精车和精车时夹紧力小，一方面夹紧变形小，另一方面精车可以消除粗车时因切削力大而产生的变形[3]。

（3）选用合理的切削参数，减小加工时的切削力。切削力的大小与切削参数密切相关，背吃刀量ap，进给量f，切削速度V是切削用量的三要素。背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对加工薄壁零件极为不利。减小背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面积增大，表面粗糙度也相应增大，使强度不好的薄壁零件内应力也增加，同样会导致零件的变形。

4 结论与巩固措施

此次研究主要对零件的加工工艺、工装夹具、刀具几何参数、程序编制等方面进行试验，有效地克服材料难加工、薄壁零件易变形等问题，保证了加工精度，通过此次研究，掌握了加工难加工材料和薄壁类零件的加工方法，提高了接头系列零件的合格率。对于批量大的生产，我们可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点，并充分考虑工艺问题对零件加工质量的影响，为今后更好的加工难加工材料的薄壁零件提供了好的依据和借鉴。