小直徑鼓筒車加工技術(shù)研究

陳亞莉1趙鵬飛文國軍

（1.空軍駐沈陽黎明發(fā)動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

小直徑鼓筒車加工技術(shù)研究

陳亞莉1趙鵬飛2文國軍2

（1.空軍駐沈陽黎明發(fā)動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

小直徑鼓筒屬于發(fā)動機中的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件，零件的結(jié)構(gòu)復雜，精度要求高，內(nèi)部封閉型腔深度較深，空間狹小，由于切削時干涉情況嚴重，材料切削性能較差，加工的難度大。

小直徑鼓筒車；內(nèi)型面刀具；加工；研究

1 概述

鼓筒類零件一般具有結(jié)構(gòu)較為復雜、封閉型腔多、精度要求高、技術(shù)條件要求嚴格、零件價值巨大、工藝復雜、加工難度大、制造周期長的特點。尤其是直徑尺寸在Φ350mm以下的小直徑鼓筒零件，由于其尺寸較小，空間更為狹窄，干涉現(xiàn)象嚴重，給零件的刀具設計、加工刀軌的規(guī)劃以及零件的檢測增添了難度，對制造技術(shù)水平的要求更高。

典型的小直徑鼓筒類零件，由三級單盤通過電子束焊連接成，材料為GH4169，切削性能差，零件腹板間形成兩級封閉的型腔，內(nèi)腔焊縫位置深度深直徑為Φ3XXmm，盤心最小直徑僅為Φ9X+0.035mm，零件高度為1XX±0.05mm，零件結(jié)構(gòu)緊湊，型面復雜，技術(shù)條件嚴格，刀具厚度薄、強度低，切削性能差，內(nèi)腔表面質(zhì)量難以保證。

2 零件圖紙分析

（1）加工尺寸要求

鼓筒組件零件總長尺寸為13X±0.05， 最 小 盤 心 直 徑 為Φ9X+0.035，深腔焊縫處直徑尺寸約為Φ3XXmm，腹板盤心跳動為0.03mm，腹板端面對基準跳動要求為0.05。

（2）零件加工難點分析

1）零件材料為鎳基高溫合金GH4169，材料的硬度與強度較高，加工時切削負荷較大，表面加工硬化現(xiàn)象嚴重，刀具磨損劇烈，刀具壽命明顯下降，保證零件的加工精度較為困難。

2）零件的直徑較小，型面復雜，封閉型腔較深，干涉現(xiàn)象嚴重。由于空間狹小，為了避免切削時干涉，封閉型面加工刀具的尺寸較小，刀具強度較低，刀具設計的難度較大。腹板盤心最小直徑為Φ9X，腹板間最小距僅為18mm，深腔焊縫處直徑尺寸約為Φ3XXmm，焊縫車刀厚度要在10mm以下，刀具懸伸距離要大于92mm以上，才能實現(xiàn)加工，切削時刀具震刀嚴重，加工后零件表面粗糙度較差。

3 加工難點解決方案

（1）零件材料難加工，切削刀片時要選取帶有適用于高溫合金涂層的機夾刀片，增加刀片的耐磨性，并通過試驗確定刀具磨損壽命，根據(jù)刀具壽命規(guī)劃換刀點，保證切削的性能。同時在加工過程中，澆注大量冷卻液，降低切削熱量，保持良好的切削環(huán)境，提高切削效率。

（2）對于零件尺寸較小，刀具與工件干涉情況嚴重的情況，根據(jù)零件實際的圖形設計非標刀具，在滿足切削的同時盡量提高刀具的強度，減少加工的讓刀現(xiàn)象，并按照設計的刀具在計算機中進行模擬驗證，保證切削的安全。

（3）針對零件內(nèi)腔焊縫型腔較深，刀具懸深長，運行空間狹小，易產(chǎn)生震紋現(xiàn)象，在設計刀具時，選取切削半徑小的刀片進行加工，降低切削力，從而減小刀具切削時的震動，提高零件表面粗超度。

4 內(nèi)型面刀具設計方案

小直徑鼓筒組件內(nèi)腔型面包括腹板間與深腔底面之間形成的封閉型腔，需要專用的刀具才能到達加工表面，腹板盤心直徑分別為Φ9X、Φ1XX，加工時需要分別從一級盤心或三級盤心處進刀，避讓開盤心直徑僅Φ9X的二級盤，由于腹板間最小距僅為1Xmm，深腔焊縫處直徑尺寸約為Φ3XXmm，焊縫車刀厚度要在10mm以下，刀具懸伸距離要大于92mm以上，為了降低刀具震動，刀片切削圓角選擇為R0.4的刀片，加上腹板輪轂部位加工需要，設計車盤心、車上下端面的非標刀具，共計4種刀具，并兼顧三級安裝邊內(nèi)部型面加工（典型刀具結(jié)構(gòu)見圖1）。

5 數(shù)控程序編制

圖1 車加工盤間內(nèi)腔焊縫典型刀具示意圖

零件腹板及內(nèi)腔型面的程序，采用刀心編程方式，刀具對刀點選擇在刀片圓R中心，每段程序刀具快速移近零件待加工表面，距離表面0.5mm時，以進給速度開始切削，轉(zhuǎn)速一般選定80～100轉(zhuǎn)/分鐘，進給速度在0.12mm/轉(zhuǎn)左右，盡量減少刀具空行程的時間，同一把刀盡量去除盡可能多的材料，再調(diào)用另一把刀具繼續(xù)加工，由于所選用的數(shù)控立車帶有機內(nèi)對刀裝置，對刀的精度足以滿足零件半精車的精度要求，所以在加工時無需人為停機測量，對好刀后直接可以調(diào)用程序加工。腹板及兩側(cè)安裝邊之間，屬于封閉型腔，零件的干涉面較多，加工時無法觀察切削情況，編程時需考慮刀片、刀桿的外廓尺寸，刀桿與腹板間留有一定的安全距離，規(guī)劃好進退刀的軌跡，退刀后刀具遠離工件，保證安全。

按照設定好的刀具軌跡完成程序的編制，用軟件模擬走刀軌跡，檢查刀軌的正確與否及刀具與零件的干涉狀況，保證實際加工的順利進行。

6 零件研制加工試驗過程

精車零件內(nèi)腔型面，按照編排好的順序，調(diào)用數(shù)控程序進行加工，由于所加工型腔屬封閉型面，冷卻液無法直接噴到加工表面，刀具磨損的速度較快，加工后的表面質(zhì)量較差，為了解決該問題，制作了泡沫圓盤，與零件下腹板盤心緊密貼合，在加工時冷卻液充滿加工型腔，進行切削冷卻，刀具壽命大幅提高。

結(jié)果

按照上述各步驟加工出的小直徑鼓筒零件，經(jīng)檢測達到設計的使用要求，驗證了編制的數(shù)控加工程序正確、合理，選擇刀具、切削參數(shù)，換刀次數(shù)、接刀點位置的合理、準確。小直徑封閉狹長內(nèi)腔型面車削的成功加工，解決了刀具強度較低造成的表面質(zhì)量差、刀具與零件干涉等加工難題，提升了發(fā)動機制造的技術(shù)水平，為今后類似零件加工積累了寶貴經(jīng)驗，具有較高的現(xiàn)實意義，應用前景廣泛。

[1]柯明揚.機械制造工藝學[M].北京：航空航天大學出版社，1996.

[2]黃鶴汀，吳善元.機械制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

TG51 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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