淺談某薄壁襯套加工工藝的改進(jìn)方法

李杰，趙德滿

(中航工業(yè)長(zhǎng)沙中傳機(jī)械有限公司，湖南長(zhǎng)沙410200)

薄壁襯套(壁厚小于3 mm)廣泛應(yīng)用在直升機(jī)上，是直升機(jī)上的一個(gè)重要零件，其加工質(zhì)量關(guān)系著直升機(jī)性能的發(fā)揮。襯套類零件內(nèi)外圓、端面的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度，是此類零件的主要技術(shù)要求(見圖1)，是加工要解決的主要問(wèn)題。用于直升機(jī)上的襯套類零件大部分為鋁合金材料，鋁材質(zhì)量輕、剛性不足、易變形且只能車削加工，不能采用磨削工藝。因此，該類零件加工時(shí)通常以內(nèi)孔、端面定位，或者使用專用芯棒夾具。一般來(lái)說(shuō)，車削加工先車內(nèi)孔，再以內(nèi)孔、端面定位，插入芯棒裝夾工件，再車外圓，這樣符合基準(zhǔn)重合、統(tǒng)一的原則。

圖1 襯套結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求圖

1 工藝改進(jìn)過(guò)程

該零件首次加工采用的是常規(guī)工藝，即先加工內(nèi)孔再以內(nèi)孔、端面定位加工外圓。用常規(guī)方法加工出來(lái)的零件，變形較大，內(nèi)外圓橢圓度較大，尺寸和同心度無(wú)法保證。

襯套原加工工藝共4 道工序:粗車外圓、內(nèi)孔→粗車內(nèi)孔、端面→時(shí)效處理→精車內(nèi)孔、端面→精車外圓、端面→表面處理→檢驗(yàn)。

分析原工藝存在以下問(wèn)題:

(1)精車內(nèi)孔和精車外圓由兩道工序完成，有兩次裝夾，存在安裝誤差，難以保證較高的內(nèi)外圓同心度要求;

(2)精車內(nèi)孔時(shí)采用三爪夾緊外圓，裝夾時(shí)在三爪徑向力作用下，使零件產(chǎn)生彈性變形。

(3)精車外圓時(shí)，穿芯棒用內(nèi)孔定位壓緊右端面。該壓緊面小，裝夾時(shí)在壓緊力作用下使零件產(chǎn)生變形。

針對(duì)上述問(wèn)題，作者重新對(duì)該零件進(jìn)行工藝分析，決定在車削該襯套內(nèi)孔時(shí)為了保證內(nèi)外圓同心度要求，采用“一刀下”的方法，即粗車外圓、端面、內(nèi)孔，再精車外圓、端面、內(nèi)孔，使內(nèi)外圓加工在一次裝夾中完成，可有效消除安裝定位誤差。因此，在工藝上增加工藝夾頭，方便襯套一次裝夾加工，同時(shí)避免了三爪產(chǎn)生的夾緊力直接作用于零件上，減少了零件產(chǎn)生的夾緊變形，也省去了精車時(shí)的工裝夾具。

新工藝流程如下:粗車→粗車→時(shí)效處理(去應(yīng)力)→精車→切斷→表面處理→檢驗(yàn)。精車工序如圖2所示。

圖2 襯套精車工序圖

采用該新工藝加工一批零件，在精加工完成后，零件略有變形，但檢查各尺寸及技術(shù)要求均在合格范圍內(nèi)。再進(jìn)行切斷工序后，發(fā)現(xiàn)零件變形較大，特別在相對(duì)切斷處的另一端變形更大，檢查尺寸和技術(shù)要求又不合格了。對(duì)其進(jìn)行原因分析，得出如下結(jié)論:

(1)從襯套結(jié)構(gòu)圖(圖1)中看出襯套壁薄約3 mm，每一次切削由于應(yīng)力釋放，造成應(yīng)力變形。

(2)精加工余量較多，單邊達(dá)1.5 mm，受主切削力擠壓作用產(chǎn)生了零件變形。

(3)采用了軟爪夾緊的方式，零件產(chǎn)生了夾緊變形。

(4)切斷處余量較多，切斷瞬間產(chǎn)生較大應(yīng)力，引起零件變形，特別是離切斷遠(yuǎn)端處變形更大。

根據(jù)第一次工藝改進(jìn)后出現(xiàn)的新問(wèn)題，作者又重新對(duì)該零件進(jìn)行了工藝分析，在第一次工藝改進(jìn)的基礎(chǔ)上再次對(duì)工藝進(jìn)行了調(diào)整，決定增加一道半精加工工序和去應(yīng)力工序。半精加工工序，每次車削余量控制在0.5 mm 左右，給精加工零件留余量單邊0.25 mm，切斷處留余量2 mm 左右，這樣可以使加工應(yīng)力進(jìn)一步得到釋放，減小精加工時(shí)的切削力;半精加工后的去應(yīng)力工序，可進(jìn)一步釋放零件加工中的殘余應(yīng)力，為后續(xù)的精加工打下基礎(chǔ)(見圖3)。新工藝流程如下:粗車→粗車→時(shí)效處理(去應(yīng)力)→半精車→時(shí)效處理(去應(yīng)力)→精車→切斷→表面處理→檢驗(yàn)。

圖3 襯套半精車工序圖

同時(shí)，在精車工序，改變了零件的裝夾方式，改用內(nèi)孔定位，端面支靠、壓緊的方式，這樣可以有效地避免因三爪夾緊而使零件產(chǎn)生的變形(見圖4)。另外，在精車、半精車工序的車削刀具上，選用前角γ0=25° ～30°、后角α0= 10° ～12°、主偏角κr=45° ～90°、負(fù)偏角κ'r=10° ～15°的刀具;切削參數(shù)選用進(jìn)給量0.1 mm/r，切削深度0.05 ～0.1 mm，切削速度120 m/min。這有效減小了徑向切削力，防止了切削力擠壓零件產(chǎn)生的應(yīng)力變形，也提高了零件的表面加工質(zhì)量。

圖4 襯套精車工序圖

采用第二次改進(jìn)的工藝加工了一小批零件，在切斷工序后進(jìn)行了尺寸和技術(shù)要求檢查，均達(dá)到了圖紙要求。

2 改進(jìn)效果

如上所述，第二次改進(jìn)的工藝雖然在工序上比第一次的多了兩道工序，多了一套工裝夾具，但加工精度得到了提高，加工質(zhì)量得到了控制，達(dá)到了一次裝夾、一次加工的效果，有效控制了零件的加工變形，保證了零件的加工質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的合格率，降低了生產(chǎn)成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)這種薄壁襯套的加工工藝，零件質(zhì)量的穩(wěn)定性得到了很大的改善，達(dá)到了預(yù)期的目的，同時(shí)也驗(yàn)證了薄壁襯套類零件在實(shí)際加工中受影響最大的還是加工應(yīng)力變形。因此，對(duì)于此類薄壁襯套零件的加工，主要是從如何有效消除其應(yīng)力變形方面進(jìn)行考慮，合理安排工藝路線，對(duì)于這種長(zhǎng)徑比小于5 倍的薄壁襯套，盡量采用“一刀下”的工藝方法。同時(shí)，還要設(shè)計(jì)合適的工裝夾具、合理裝夾零件以及合理選擇切削刀具和切削參數(shù)。