盤軸一體結(jié)構(gòu)零件高效車銑復合加工技術(shù)研究

林大力

（沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 研究目標

以盤軸一體結(jié)構(gòu)零件為載體，利用公司新引進的WFL—M65車銑復合加工設(shè)備，開展盤軸一體化復雜結(jié)構(gòu)零件的高效車銑復合加工技術(shù)研究和加工驗證，掌握車銑復合加工設(shè)備的功能特點、零件加工工藝和復合編程技術(shù)。實現(xiàn)一次裝夾，完成車、銑、鉆、擴、鉸加工和一次成形，大幅度地提高零件加工質(zhì)量和加工效率。

1.1 零件類型

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件是將原盤與前軸頸合為一體的典型的復雜零件，是發(fā)動機中的關(guān)鍵件和重要承力件，材料為TC17，零件結(jié)構(gòu)復雜、尺寸精度高、特別是軸頸錐壁與輪盤的輻板形成了半封閉深型腔結(jié)構(gòu)，徑向深度達75mm，敞開性極差，加工中進退刀極其困難，需要多把刀具轉(zhuǎn)接才能完成加工。軸頸錐壁處最小壁厚僅為2.8mm，容易產(chǎn)生加工變形，給切削加工造成極大困難，加工質(zhì)量不易保證。

1.2 預期達到的技術(shù)指標

通過盤軸一體結(jié)構(gòu)零件高效車銑復合加工技術(shù)研究，掌握復雜零件的復合加工技術(shù)、復合編程技術(shù)，提升公司制造水平，加工后的零件內(nèi)孔配合尺寸ф396.2H7（+0.057）、跳動0.015；配合尺寸ф401.5 H7（+0.063）、垂直度0.01；軸頸錐面壁厚2.76+0.1；3.2+0.1；端面基準○B(yǎng)平面度0.015等尺寸及技術(shù)條件滿足設(shè)計圖紙要求。填補公司盤軸一體化零件復合加工技術(shù)空白。

2 攻關(guān)試驗

2.1 加工工藝方案的制定

2.1.1 工藝路線規(guī)劃

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件毛坯采用模鍛件，熱處理狀態(tài)：固熔+時效，HB≥388。通過對零件進行結(jié)構(gòu)和工藝性分析，考慮到零件的特殊結(jié)構(gòu)及材料的加工特點等因素，將原加工工藝路線進行了全新的優(yōu)化設(shè)計，通過采用車銑復合加工設(shè)備，實現(xiàn)了車、銑、鉆、擴、較一次裝夾加工成型。新工藝將原來的工序進行了集成和合并，將原來24道工序合并成4道工序，共優(yōu)化減少了20道工序，極大地縮短了加工周期，減少了零件的周轉(zhuǎn)。

2.2 刀具結(jié)構(gòu)及刀具材料的選擇

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件由于其特殊的深腔結(jié)構(gòu)，且從超聲波探傷到成品有較大的加工余量，半封閉深腔加工中走刀困難，加工過程中刀具與零件容易產(chǎn)生碰撞，因此刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計成為關(guān)鍵，同時零件加工采用了臥式車銑復合加工中心，在進行刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分考慮機床接口和刀具的可達性，考慮到設(shè)備的特點和內(nèi)部功能，高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)刀具屬于首選方案。根據(jù)以往加工經(jīng)驗，最終確定的刀具方案。

2.3 專用工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于零件粗加工的剛性相對較好，可直接采用四爪卡盤徑向夾緊。精加工時考慮到零件的薄壁結(jié)構(gòu)，為減少加工變形，必須采用專用夾具，實現(xiàn)軸向定位、壓緊的方式，完成零件安裝定位和加工，并盡量使定位基準和設(shè)計基準重合，通過一次裝夾、互為基準加找正的方法保證零件的兩側(cè)內(nèi)外表面的形位公差要求，夾具的壓緊力的作用點應(yīng)與定位面保持一致。

2.4 加工中出現(xiàn)的問題及改進措施

2.4.1 深腔型面加工：

⑴冷卻和排屑

零件的深腔在加工時冷卻和排屑十分困難，冷卻困難導致刀片快速磨損，引起切削失效；排屑困難導致切削纏繞刀柄，而過多纏繞形成的積屑瘤如果參與切削，容易使零件表面形成嚴重缺陷，所以深腔加工的關(guān)鍵就是冷卻和排屑。為了解決這一難題，主要在兩個方面進行了加工試驗，第一是使用超高壓內(nèi)冷刀具，300bar的冷卻壓力使切削液順利的噴射到刀具的前刀面上，完成冷卻的功能；第二是試驗切削參數(shù)，在切削深度和進給量上進行調(diào)整，試驗出當切削深度為0.25mm、進給量為0.15mm/轉(zhuǎn)時，形成的切屑呈碎鱗片狀，這就使切削能夠順利的進行，刀片的磨損也大大降低。

⑵深腔型面車加工容易產(chǎn)生碰撞和打刀

深腔型面加工其刀具結(jié)構(gòu)、走刀路線、切削用量的選擇對保證加工質(zhì)量非常重要，必須確定合理的走刀軌跡、優(yōu)化進刀方式。在加工深腔型面時，為避免刀具與輻板處尺寸R51發(fā)生刮碰，采用圓弧進刀，保證了接刀處的平滑轉(zhuǎn)接；采用由盤心端面推向深腔的走刀軌跡，即保證了刀具的強度，又適當?shù)奶岣吡饲邢鞯男省?/p>

2.4.2 基準面加工：

盤軸一體結(jié)構(gòu)零件前后兩側(cè)配合止口和端面是零件重要的基準面，前后端面的平面度和平行度均為0.013mm，前后配合止口的跳動要求為0.015mm；為了保證加工質(zhì)量，工藝上應(yīng)將前后基準安排在一個工位上進行加工，而在加工時，夾具和零件的裝夾需要講究技巧。安裝夾具時，先將夾具基準端面和花盤端面修整平滑；安裝聯(lián)接螺栓時先進行預擰緊，擰緊力適中，當夾具找正后，進行兩兩對點漸進壓緊，同時觀察外圓的跳動，避免由于一點用力過大導致已找正的平面出現(xiàn)異常。零件安裝時，同樣采用漸進壓緊方式，避免產(chǎn)生壓痕和零件壓緊變形。

2.4.3 鏜孔加工中需注意的問題

軸頸端內(nèi)孔公差位0.1mm，但由于加工距離較長，加工時容易產(chǎn)生錐度，所以必須選擇剛性好并且鋒利的刀具，同時在切削用量上嚴格控制。如上所述的“T3”刀具，刀尖圓角為R0.4，刀片楔角55度，既滿足了刀具鋒利的要求，也滿足了強度要求。在實際加工中，零件直徑在長度方向的變化量僅為0.01mm，保證了設(shè)計的要求。

2.4.4 其他難點問題和解決措施

零件在加工內(nèi)孔時，采用R0.8規(guī)格鏜孔刀片切削產(chǎn)生振紋，經(jīng)過分析，其原因是刀具圓角過大，切削時零件與刀具的接觸面積過大，從而產(chǎn)生了較大的切削力，經(jīng)研究論證，將原刀片更換為刀尖圓角為R0.4的刀片，解決了加工中的振刀問題。

結(jié)語

經(jīng)過對兩件盤軸一體結(jié)構(gòu)零件的車銑復合加工，零件的尺寸、技術(shù)條件和表面粗糙度滿足設(shè)計要求，車加工開發(fā)了機床高壓內(nèi)冷、在線測量等8項機床功能，零件車加工效率比原來提高3倍左右。

[1]《透平機械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書》編委會.結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)[M]. 北京科學出版社，2002.