密封篦齒環(huán)工藝研究

王世威

摘 要：本文是對(duì)某機(jī)封嚴(yán)環(huán)零件的加工工藝進(jìn)行研究，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工精度的要求，結(jié)合高溫合金材料特點(diǎn)，借鑒以往類似零件的加工經(jīng)驗(yàn)，除了要依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)條件安排必要的檢驗(yàn)工序外，還應(yīng)該考慮如何降低零件在加工過程中所受的切削力，減小幾何變形，以此來提高零件的加工精度。

關(guān)鍵詞：高溫合金；型腔復(fù)雜；薄壁零件

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

隨著航空領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，航空技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)航空產(chǎn)品的機(jī)械性能提出了較高的要求。對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、精度高的薄壁零件的要求越來越多，在新型飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造過程中，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，重量輕，這就意味著能夠提高航空產(chǎn)品的機(jī)動(dòng)性，增強(qiáng)其所攜帶的負(fù)載能力并能獲得更遠(yuǎn)的飛行能力，延長(zhǎng)航空產(chǎn)品空中飛行能力。因此，在航空港產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造的過程中，普遍采用了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。整體結(jié)構(gòu)可以減少零件的數(shù)目、降低結(jié)構(gòu)重量，飛機(jī)可靠性成數(shù)十倍地提高。該封嚴(yán)環(huán)為GH141材料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，技術(shù)條件要求高，材料硬度高、無專用刀具及夾具，通過材料結(jié)構(gòu)分析，制定合理的工藝路線，選擇適用的刀具，確定精車加工余量，利用組合夾具加工，減少零件變型，使零件加工能夠得到保證，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

由于機(jī)械加工的薄壁環(huán)型零件的材料為GH4169切削加工性較差，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，為解決問題，吸收了以往的加工經(jīng)驗(yàn)，控制零件變形量，確保零件產(chǎn)品質(zhì)量得到保證為確保公司新機(jī)生產(chǎn)中任務(wù)進(jìn)度，解決類似零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)能力是非常重要的。

2 工藝研究

盤前密封篦齒環(huán)為GH141材料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，臺(tái)階篦齒，加工難度較大，技術(shù)條件要求高，跳動(dòng)要求不大于0.03mm，壁厚2mm～3mm，材料硬度高（高于GH4169材料），通過零件結(jié)構(gòu)分析，制定合理的工藝路線，選擇適用的刀具，確定精車加工余量，利用組合夾具加工，減少零件變型，使零件加工能夠得到保證。由于機(jī)械加工的薄壁環(huán)形零件的材料為GH141切削加工性較差，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，為解決問題，吸收了以往加工GH4169材料經(jīng)驗(yàn)，控制零件變形量，確保零件產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，為確保公司新機(jī)生產(chǎn)中任務(wù)進(jìn)度，解決類似零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)能力是非常重要的。為解決以上技術(shù)關(guān)鍵，從國(guó)外先進(jìn)技術(shù)出發(fā)，結(jié)合目前的生產(chǎn)情況，合理的利用現(xiàn)有設(shè)備，收集數(shù)據(jù)，總結(jié)零件變型規(guī)律，有針對(duì)性制定具體措施，優(yōu)化工藝，固話切削參數(shù)，改進(jìn)夾具結(jié)構(gòu)和切削方法。采用精車?yán)脤Ｓ脢A具，通過對(duì)零件的分析，制定合理的工藝加工方法，加工中精加工可采用高精度車床加工，以確保零件的精度要求，鉆鉸孔采用數(shù)控銑床，花鍵槽采用電加工慢走絲設(shè)備，做到設(shè)備的合理使用。

我們從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對(duì)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析出加工難度，研究確定加工方案，制定出合理的工藝路線。

（1）加工階段的劃分

粗車階段：這個(gè)階段要切去毛坯大部分多余的金屬，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品。

半精車階段：切去的余量在粗、加工工序之間，留有一定的精加工余量，為精加工做準(zhǔn)備。

精加工階段：切去的余量很少，其目的是保證各主要表面達(dá)到規(guī)定的圖紙，尺寸精度和粗糙度要求。

（2）合理使用設(shè)備

加工過程劃分后，組加工可采用功率大，剛性好和精度較低的高效率機(jī)床，精加工可采用高精度機(jī)床，以確保零件達(dá)到設(shè)計(jì)要求，選擇合理的切削參數(shù)，從中收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，摸索加工規(guī)律，吸收總結(jié)先進(jìn)的加工經(jīng)驗(yàn)，以便在以后的加工中推廣應(yīng)用，并采用先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，適應(yīng)未來制造技術(shù)的發(fā)展需求。

3 加工方案的制定

對(duì)零件進(jìn)行工藝分析后，確定出工藝難點(diǎn)：篦齒外徑直徑301.52-0.04，直徑295.52-0.04，直徑289.52-0.04，對(duì)基準(zhǔn)AB跳動(dòng)為直徑0.03，基準(zhǔn)A對(duì)B的垂直度0.03，由于零件壁薄，在加工時(shí)極易產(chǎn)生變形，加工難度大。

盤前密封篦齒環(huán)零件在加工過程中極易產(chǎn)生變形，為解決零件易變形，必須合理安排工藝路線，特別在裝夾過程中，要選擇合理的定位基準(zhǔn)和夾緊方法，既要保證零件的加工可行性，又要減少切削產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)零件變形的影響，在加工篦齒環(huán)時(shí)，采取留工藝臺(tái)的方法，使加工篦齒得以能夠進(jìn)行，并運(yùn)用普通車床和數(shù)控車床相結(jié)合進(jìn)行加工，采用逐步去除余量和及時(shí)修正變形的工藝方法。

通過對(duì)零件的分析，制定合理的工藝加工方法，選用合理的設(shè)備，加工中精加工可采用高精度車床加工，以確保零件的精度要求，做到設(shè)備的合理使用。

工藝路線：0毛料圖表—5車超聲波第一面—10車超聲波第二面—15洗滌—20超聲波檢查—25粗車一端—30粗車另一端—35消除應(yīng)力熱處理—40車基準(zhǔn)—45車另一端—50精車內(nèi)孔—55精車外圓及篦齒—60標(biāo)印—65車倒角—70洗滌—75熒光檢查—80洗滌—85中間檢查—90噴涂篦齒—95噴涂后檢查—100靜平衡—105平衡去重—110洗滌—115熒光檢查—120洗滌—125最終檢查—130包裝入庫(kù)。

4 工序加工

盤前密封篦齒環(huán)零件在50工序進(jìn)行精加工，在加工內(nèi)孔基準(zhǔn)尺寸時(shí)，由于內(nèi)孔表面尺寸公差嚴(yán)，零件基準(zhǔn)斷面對(duì)基準(zhǔn)A垂直度0.03，要求較高，給車加工提出了很高的要求，現(xiàn)采用合理的定位表面和壓緊方法，選擇合理的切削參數(shù)，達(dá)到了圖紙要求。55工序，精車臺(tái)階篦齒時(shí)，對(duì)基準(zhǔn)AB跳動(dòng)為0.03，由于零件材料為GH141，臺(tái)階篦齒寬度有限，加工中需要刀具有較高的加工性能，在加工中冷卻液要充足以降低刀具的溫度，防止刀具損壞和打刀，在加工中要隨時(shí)觀察加工情況，如果刀具磨損嚴(yán)重應(yīng)更換新的刀具，通過加工本工序，積累了加工經(jīng)驗(yàn)，為GH141材料零件提供加工參數(shù)。100工序和105工序，靜平衡，對(duì)薄壁零件噴涂后進(jìn)行平衡去重，本身就有相當(dāng)大難度，更是由于噴涂的原因，更是不易保證剩余不平衡量。在保證夾具平衡的基礎(chǔ)上，去重部位采用數(shù)控銑床，保證銑削部位及去重的準(zhǔn)確性，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

加工設(shè)備采用普通車床和數(shù)控車床TUR30。加工特點(diǎn)如下：

（1）刀具容易磨損，高溫合金中的碳化物硬度高，使刀具加劇磨損，在前刀面上產(chǎn)生月牙狀磨損。

（2）加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，硬化層的硬度比基體大。

（3）切削溫度比較高。

（4）切削力大。

（5）切削過程中，容易產(chǎn)生積屑瘤，不僅加劇刀具磨損，還會(huì)引起已經(jīng)加工表面出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，降低表面質(zhì)量。

加工注意事項(xiàng)如下：

（1）由于切削力大，切削溫度高，要求刀具、工件及機(jī)床工藝系統(tǒng)剛性好，刀具材料應(yīng)選用耐磨損，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性好的材料。

（2）為了減少加工硬化，應(yīng)正確選擇切削用量，進(jìn)給量和切削深度不宜過小，已防止在硬化層中切削而降低刀具壽命。

（3）高溫合金導(dǎo)熱性差，切削時(shí)局部溫度較高，線膨脹系數(shù)較大，容易產(chǎn)生熱變形，精加工時(shí)宜采用充足的冷卻液。

5 切削加工過程仿真

切削加工是一個(gè)包含復(fù)雜的熱、力、機(jī)械的耦合過程，是一個(gè)復(fù)雜的高度非線性問題，其加工過程中的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等也很難準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲知。切削加工模擬則可以在計(jì)算機(jī)中再現(xiàn)工件和刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的全過程，動(dòng)態(tài)顯示熱流、相變、溫度和應(yīng)力等分布情況。

（1）力分析

不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)工件的應(yīng)力分布變化不大。金屬切削過程中存在三個(gè)變形區(qū)：切削層金屬經(jīng)受塑性變形成為切屑的第一變形區(qū)，刀具與前刀面產(chǎn)生摩擦的第二變形區(qū)和刀具后刀面與新形成表面接觸的第三變形區(qū)，因?yàn)榈毒咪h利，所以第三變形區(qū)被忽略。圖是鉆削模擬達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的應(yīng)力分布，位于第一變形區(qū)，這是由于金屬在第一變形區(qū)發(fā)生極大的剪切變形，切屑的應(yīng)力隨著切屑的卷離前刀面而逐漸得到釋放，工件上只在靠近切削區(qū)處存在應(yīng)力，而遠(yuǎn)離切削區(qū)的區(qū)域應(yīng)力很小。由第一變形區(qū)最大應(yīng)力的等值線圖可知，剪切面并非理想的平面，而是一個(gè)有一定帶寬的變形區(qū)。該狹長(zhǎng)的區(qū)域與切削速度方向的夾角為剪切角，增大剪切角可減小作用于前刀面的切削力，有利于減少刀具磨損，降低能量消耗等。通過改變刀具的幾何角度可以改變剪切角，因此通過改變刀具的幾何角度可以達(dá)到減少刀具磨損的目的，從而有效的提高加工效率，降低加工成本。

（2）溫度分析

最高溫度出現(xiàn)在刀—屑摩擦區(qū)域而非第一變形區(qū)。這是因?yàn)榍邢鲗硬牧辖?jīng)過剪切面成為切屑流出時(shí)，被均勻加熱一次，當(dāng)切屑經(jīng)過刀—屑接觸摩擦區(qū)域時(shí)由于摩擦再一次被加熱，而之后在空氣中逐漸冷卻。隨著加工過程的深入加工溫度隨之升高。工件溫度低可減少工件熱變形，提高加工質(zhì)量，刀具溫度低可提高刀具使用壽命。但是對(duì)于鉆削來說，如果鉆屑不能及時(shí)排除，鉆屑的熱量將傳遞給渦輪軸和鉆頭，直接影響加工精度。所以，鉆屑的及時(shí)排出對(duì)于鉆削加工是一個(gè)特別重要的問題。

結(jié)論

封嚴(yán)環(huán)為GH141材料按現(xiàn)在的工藝路線加工，順利的完成，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說明工藝路線合理，工裝刀具能夠滿足加工要求，選用的設(shè)備正確合理，為定型后大批量生產(chǎn)奠定了非常好的基礎(chǔ)。通過非封嚴(yán)環(huán)零件的加工，對(duì)零件的工藝方法有了深入的了解，積累了加工經(jīng)驗(yàn)，為定型做好了準(zhǔn)備，加工過程中遇到了許多的困難和問題，在解決問題的過程中，經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)和研究，提高了技能，增長(zhǎng)了知識(shí)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

按照之前確定評(píng)審的加工方案，以及對(duì)加工過程中各加工參數(shù)的細(xì)化適時(shí)調(diào)整，進(jìn)行零件的加工驗(yàn)證，做大限度的降低了零件在加工過程中的變形，提高了零件的加工精度及合格率，保證了零件的合格交付。

參考文獻(xiàn)

[1]顧方剛.篦齒密封裝置標(biāo)準(zhǔn)的剖析[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，1982（04）.