大型薄壁筒类零件的加工工艺探索

韩栋 赵高峰

摘 要：由于薄壁筒类零件具有外形特殊、结构精密、强度高、重量轻等质量特点，在航空航天等领域得到了较为广泛的应用。但同时也存在着刚度不足、加工稳定性差等缺点，如果在加工过程中对其所进行的切削或夹紧等力度不当，就会容易发生弯曲变形等现象，因此，大型薄壁筒类零件的加工具有较大的难度。本文就大型薄壁筒类零件的加工工艺进行探索，希望可以为大型薄壁筒类零件的加工应用提供借鉴。

关键词：大型薄壁筒;零件加工;加工工艺

中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0110-02

0引言

不同材料、结构、尺寸的薄壁筒类零件，其加工过程也有较大差别，所选用的设备、刀具、工装以及加工参数、加工顺序均有不同。本文主要针对一种外径尺寸φ350mm、长度2500mm的不锈钢薄壁筒类零件的加工工艺进行研究，结合其结构特点及配合精度要求，研究的内容主要包括零件在深孔设备上的钻、扩孔，在大型数控车床上的车削、深孔镗削等机械加工过程，重点研究机械加工过程中的振动、变形等问题的防范和解决措施。

1飞机薄壁零件的工艺特点

总结起来，薄壁零件的制作加工主要有以下特点：第一，由于薄壁零件所存在的外观多种多样、内部结构精密、强度高、刚度不足等特点，在外力作用下容易发生变形，必须要采用有效的措施对其进行矫正处理。第二，薄壁零件的外观尺寸和厚度之间的比例较大，如果在制作加工中无法对变形问题进行有效的处理，会导致其刚度明显下降，并且会引发振动等不良问题的出现，从而使得制作加工的质量很难得到保证。第三，为了满足使用需求，薄壁零件的表面需要其接头、槽口等装置都具有极高的衔接和安装配置要求，加工精准度极高，并在应用上满足高精尖要求[1]。

2大型薄壁筒类零件的加工工艺

2.1加工方案设计

该大型薄壁筒类零件主要通过深孔钻床进行钻、扩孔，并在数控车床上进行外圆车削、内孔镗削，外圆车削的过程主要是对零件进行表面加工，依照刀具主偏角分为95°、90°、75°、60°、45°等不同角度，在所需要刀具切削轴向力较大的情况下则可以选择95°、90°，此角度适合对零件进行细长轴类加工。如果车削短促类零件外圆的情况下，角度可以选择75°、60°、45°，倒角车削情况下还可以选择45°。内孔镗削主要是在半封闭状态下，对于排屑情况不便于观察，则可以通过该种方式来进行零件的表面加工。所选用的工具为减震刀杆，主要是因为需要对中等以上直径零件进行切削。根据零件的孔径和长度选择不同刀具。此过程主要是对零件进行粗加工，待粗加工之后则对零件进行热处理，之后再通过精密外圆车削、内孔精密车削，以及借助精密镗床、数控铣床分别对产品上的精密装配孔、特殊下陷进行加工等，经计量、测量无问题后再进行表面处理，以保证零件符合大型薄壁筒加工需要。

2.2工件的定位和夹紧方法

2.2.1 概述

由于大型薄壁筒类零件加工装夹方法不同，其自由度也有着不同的限制，对于其定位处理主要包括四种类型，即不完全定位、完全定位、欠定位和过定位。其中，完全定位指的是对零件自由度进行完全限制，将其牢固地固定在一处的定位作业过程。不完全定位指的是在部分较为特殊用途的零件制作加工中，零件的自由度不用做完全限制，仅对部分自由度予以限制的定位作业过程。欠定位指的是如果零件的自由度因制作加工的需要等原因应受到限制，但是在实际上却依然处于不受限制的状态。过定位指的是零件的部分自由度受到其他自由度受限制的影响所处于的定位重复的状态。对于此类型零件，是不符合生产质量要求的，在具体的生产加工实践中应当避免出现。但是，对于在零件的加工中所出现的过定位问题，如果夹具上的定位元件具有较高的定位精准度，可以对过定位情况进行有效的矫正处理，这样反而会使得零件的刚度和质量得到明显的提升[3]。

为了确保零件在制作加工和装配过程中不发生位置偏离，需要对夹紧结构部件进行加固处理，保证定位效果的精准性和可靠性，避免在此过程中出现振动、偏移等现象的发生。

2.2.2 具体操作方法

对于薄壁筒形零件加工所需要的工装夹具，其内部结构主要有夹具底座、定位部件、夹紧部件和调姿部件等组成。其中，调姿部件所具有的调姿功能能够把薄壁筒形零件进行快速准确的位置调整，然后定位部件则对零件的自由度进行不同程度的限制，最后由夹紧部件完成零件的固定处理。这便是一套完整的薄壁筒类零件的装夹作业流程。

在零件的端面和底部两个位置，均设置有两个定位孔，定位作业就在此处完成。将零件放置在夹具上后，对调姿部件上具有的手轮进行旋转，将零件調整至合理的位置;调姿部件所具有的固定功能将锁紧装置固定在夹具底座上，底座下方安装有X方向的直线导轨，当松开紧锁装置后，将调姿部件放在导轨上进行前后方向的微量移动，以此确保零件处于正确的X方向位置上。然后再拧紧调姿部件中的锁紧装置的螺栓，使其牢固的固定在夹具上，这样便完成了零件制作的姿态调整作业。下一步便是应用定位部件的功能作用，将定位插销插入定位孔处，实现对零件自由度的充分限制，这便是薄壁筒形零件的完全定位作业流程。当完全定位作业完成后，对夹紧部件上的手轮进行转动，将零件进行夹紧。这时，应当设置至少6个夹紧部件在夹具四周呈均匀对齐式的分布，在夹紧作业中的施力必须要均匀，防止零件发生弯曲变形。夹紧部件以螺旋式进行夹紧处理，具有非常稳定的夹紧作业效果，并且该种夹紧方式的应用还具有自锁的功能，能够有效防范在后续的切削作业中因力度掌握不当所出现的位置偏移等不良问题。另外，夹紧部件、调姿部件与零件发生接触的位置均采用了仿形设计，可以有效扩大接触面积，有利于对零件变形问题的防范和控制[3]。

2.2.3 加工装置的设计

在具体的设计过程中，必须要根据零件产品的实际用途来对装置的工艺、刀具、进度等问题进行充分的考虑，以满足生产加工的实际需求。然后，参考零件的外观形状、尺寸等要素对装置的功能、适用范围、进给速度、精准度等问题和数据进行明确。为了确保装配加工装置运动功能表达效果的增强，规定装置的坐标系。将与装置主轴的轴线平行的移动轴定义为Z轴，主轴与加工零件存在的偏离方向为正方向;将与Z轴保持垂直位置关系的移动轴定位为X轴，Y轴则根据右手螺旋法则确定。绕X轴、Y轴和Z轴回转的三个轴分别定义为A轴、B轴和C轴。

3工件材料加工工艺试验及样机加工验证

当零件加工作业完成以后，应当对零件的精准度进行再次调试，待调试符合设计质量要求后，应当使用样机对零件的质量效果进行检测试验，实验的目的是检查零件是否能够与前期的设计质量效果相符。由于现实条件的制约，无法对零件开展实践性的加工验证。为了解零件加工情况，以车削回转类零件为例了解其加工工艺试验及对其加工进行验证。所选用的零件加工表明由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双头螺纹锁组成，所车削的零件对于圆锥面直径、凹圆弧面直径、球面直径的尺寸和大锥面的锥角要求较高。

现将钻速调整为300r/min，进给速度为300mm/min，削切深度为1.5mm的参数标准，对零件进行粗加工处理，然后在主轴转速不做调整的前提下，将进给速度调整为200mm/min，削切深度调整为0.5mm对零件做精加工处理。待削切加工完成后，对钻头进行更换，然后在零件表面进行钻孔作业，在钻孔作业过程中，切削的转速调整为3000r/min，入口进给速度为160mm/min，出口进给速度为30mm/min。经过检测后，所得出的检测结果分别为粗糙度：Ra0.75μm，平整度0.16mm，钻孔出口处的毛刺为细微的均匀毛刺，与前期的设计质量要求相符[4]。

4大型薄壁筒类零件加工注意事项

4.1 深孔加工

大型薄壁筒类零件的选用，更多的是一种新型不锈钢材料，对于此种材料所进行的加工往往展现出一种不易切削的特点，其外在表现为切削力度大，所需要的切削温度较高，并且零件切削过程中极容易产生硬化现象，对于刀具造成严重磨损。为了针对此种情况予以改善，可以采用深孔钻孔，这样刀具不容易断削，但是对于深孔钻孔的刀具（钻头）提出一定要求，并要求切削参数需要满足实际需要，必须断削，铁屑不能太长，否则都会造成深钻孔的堵塞，排屑孔无法更好排屑，容易造成刀具报废，在此方面需要予以高度重视。

4.2 数控车床减震刀杆镗内孔

如前文所述，数控车床在进行零件加工时候因为所选用的零件更多的是不锈钢材料，且为中等以上直径零件，这就需要做好减震刀杆的选用，使用减震刀杆镗内孔，这样能够实现零件的精加工，让零件壁厚变薄，并能够有效防止零件变形，也能够就零件的震动情况予以减弱，达到零件防震效果。

4.3 零件外形下陷的数控铣削加工

数控铣削加工主要选用的是高精度五坐标龙门数控铣，在对铣削进行参数设置的时候，要保证其参数设置小于切削深度，并保持铣削高转速，慢进给，切削的参数可以结合需要自定。此过程中所需要注意的是防震刀的应用，通过防震刀的选用能够防止零件变形和零件共振等情况发生，实现更好的切削效果。

5结语

本文主要针对目前所广泛使用的大型薄壁筒类零件加工制作模式进行研究，首先对飞机薄壁零件的工艺特点进行了总结介绍，在此基础上，提出了相应方法来对以往的薄壁零件的制作加工容易出现的变形、精准度底等问题进行改进和处理。然后就大型薄壁筒类零件的加工工艺进行了分析阐述，重点对夹紧和定位的操作流程和方法以及裝置设计方案的制定等内容进行了系统重点的阐述，最后就工件材料加工工艺试验及样机加工验证进行简要的分析论述。通过研究可以有效证明，在薄壁筒类零件的加工制作中的应用能够较好地解决变形、精准度不高等不良问题，能够更好地满足航空企业的实际需求，具有良好的推广借鉴及价值。由于笔者的专业水平有限，此次研究还存在着一定的不足之处，这也是笔者以后努力的方向和需要深入研究的内容，大型薄壁筒类其他易变形零件的装配中进行进一步的分析和论证，也有待笔者进一步改进。

参考文献

[1] 张勇.大型薄壁筒体类零件焊接变形控制工艺研究[J].工程技术（引文版），2016（8）：307.

[2] 张克.大型薄壁筒体类零件焊接变形控制工艺研究[J].新技术新工艺，2015（12）：8-10.

[3] 刘本良.大口径薄壁筒类零件车削工艺研究[J].机械研究与应用，2017（5）：167-168.

[4] 张健.航天大型零件旋压机筒形件支撑装置的研究[D].太原：中北大学，2016.