薄壁環(huán)形零件的一種加工方法研究

郭坤，王時洋，李軍（中航工業(yè)南方航空工業(yè)有限公司，湖南省株洲市，412002）

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薄壁環(huán)形零件的一種加工方法研究

郭坤，王時洋，李軍
（中航工業(yè)南方航空工業(yè)有限公司，湖南省株洲市，412002）

薄壁件具有形狀復(fù)雜、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，在航空零件上普遍運用。但是由于其具有剛性差、容易出現(xiàn)變形等，所以薄壁零件加工是難題。針對剛性差問題，本文研究了工藝間、工序中、使用工藝臺等方法，探索了控制薄壁環(huán)類零件加工變形、提高工藝穩(wěn)定性、控制尺寸波動的關(guān)鍵技術(shù)，為提高薄壁環(huán)類零件加工性能提供了有效手段，對穩(wěn)定零件加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有參考作用。

薄壁零件；輔助支靠；工藝臺；走刀

引言

薄壁環(huán)形零件具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空零部件上，一直存在著剛性差、易超差、加工效率低、加工周期長的特點。加工時，容易出現(xiàn)振刀，且刀紋明顯，需要進行反復(fù)走刀修整。振刀導(dǎo)致刀具加工不穩(wěn)定，零件易加工變形，加工參數(shù)低，效率低，極易出現(xiàn)挖刀、尺寸超差等質(zhì)量問題［1，2］。

在航空發(fā)動機中，大量的復(fù)雜鈑金類集合而成的航空薄壁環(huán)形零件需要采用機械加工獲得。面對結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的薄壁機匣、殼體、環(huán)類件等，如何高質(zhì)量、低成本生產(chǎn)，如何縮短零件的加工與技術(shù)準(zhǔn)備周期，成為國內(nèi)航空制造業(yè)公司新機研制過程中的重要技術(shù)［3］。

航空薄壁環(huán)形件主要有機匣殼體、壓氣機、渦輪部件內(nèi)的環(huán)形結(jié)構(gòu)件。目前，這類零件的主要加工工藝為車削，加工時需要從零件裝夾、刀具選型、走刀路徑等方面進行個性化控制，控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)、計算關(guān)鍵參數(shù)、精確工藝步驟，才能生產(chǎn)高品種薄壁環(huán)形零件。

控制薄壁環(huán)形零件的變形不能只靠采用優(yōu)化切削參數(shù)、軟爪的方法，本文探究了新方法。

1　薄壁低剛性零件特點及常用的解決措施

1.1影響精度的因素

影響薄壁件加工精度的因素有以下三個方面：一是裝夾變形。壁薄件在裝夾壓力的作用下，零件會在不同截面（或角向）上引起變形，變形大小可以參見相似三角形進行確定；松開裝夾后，零件會出現(xiàn)不規(guī)則變形（反彈），這些壓力變化會影響工件的尺寸和形狀。二是熱產(chǎn)生的應(yīng)力變形。壁薄件在切削熱影響下，會出現(xiàn)零件受熱不均的現(xiàn)象，熱脹冷縮而引起變形，使得尺寸難于控制。三是車削受力變形。在切削力的作用下，薄壁零件極易出現(xiàn)振動和變形，表面形成振刀紋，深淺不一，這些都會導(dǎo)致零件無法獲得精準(zhǔn)的大小、標(biāo)準(zhǔn)的形狀等。

1.2解決措施

薄壁零件存在局部或整體的壁厚小，火焰筒零件最薄0.8mm，超薄壁厚將會導(dǎo)致零件剛性不足，無法承受切削過程中的切削力、切削熱以及零件裝夾過程中的裝夾力，實物質(zhì)量，表現(xiàn)為零件局部尺寸超差、形狀超差以及表面質(zhì)量差［4］。傳統(tǒng)工藝上為了保證零件的加工質(zhì)量，在零件的制造過程中實施一些增加零件剛性的方法，如輔助支靠、彈性夾緊與軟爪全包裝夾等輔助增強方法。隨著傳統(tǒng)工藝的演變，目前我們將應(yīng)用與便于零件裝夾的工藝臺用于提高生產(chǎn)過程中零件的加工剛性，這是工藝臺在傳統(tǒng)工藝上的一次拓展使用。

輔助支靠方法，主要采用增加輔助支靠，對零件薄弱點安置可調(diào)節(jié)的輔助支靠點，增加零件剛性來控制零件變形。通常，輔助支靠的使用需要人工施加一定預(yù)緊力，這是多年以來各制造企業(yè)一直沿用的良好經(jīng)驗積累。輔助支靠直接作用在零件薄弱點上，安置點的選擇簡單。同樣，其缺點有當(dāng)零件復(fù)雜時，夾具就更復(fù)雜，且輔助支靠調(diào)整不易，操作上受制于操作者技能水平，需要借助打表、力矩扳手等輔助工具，不使用與高精度零件的精加工。

彈性夾緊與軟爪全包裝夾方法，在航空企業(yè)，加工軸類、筒內(nèi)類薄壁零件時，很容易看到各式各樣的自動定心夾具，如中心架、軟爪等。這些工裝的裝夾拆卸方便，定位精度高，壁厚控制好。其缺點是適合范圍有限，僅適合旋轉(zhuǎn)定位類且局部剛性很好的零件，無法進行薄壁環(huán)類零件的高精度加工。

工藝臺輔助方法——作為傳統(tǒng)工藝的衍生，需在工件上余留給工藝臺，提供裝夾位置，可能有效避免裝夾變形，能較好的提高零件剛性，待零件加工完成后，進行工藝臺除去。其優(yōu)點是裝夾部位裝夾方便簡單，能有效防止裝夾變形；采用工藝臺固定，可以使用整面支靠，有效控制零件加工過程變形，在最后工序或工序的最后可以方便去除工藝臺，從而較高的加工精度。其缺點主要是使用范圍受限，目前主要使用于機匣類、環(huán)形零件加工。

2　工藝臺在薄壁環(huán)形件上的應(yīng)用

2.1工藝臺在工序間的應(yīng)用

薄壁環(huán)形件在不斷的車削過程中，容易出現(xiàn)加工變形，影響零件的形狀和質(zhì)量，所以企業(yè)在此類零件的加工過程中會十分注意控制和減少變形，提高零件精度。機床的剛性和幾何精度、刀具振動和磨損以及工件的內(nèi)應(yīng)力和裝夾變形［5］。刀具剛性可以通過提高刀具直徑，縮短刀具懸伸來進行控制，目前我們在航空薄壁環(huán)形零件裝夾上往往采用軟爪全包加工，期望通過這樣來保證工件在一定狀態(tài)下（約束狀態(tài)）合格，這樣可以確保工件的壁厚［6］。這種裝夾方式由于工件軸向壓緊，僅依靠定位圓的摩擦力來控制工件軸向與周向移動，勢必在加工時無法采用較高的工件轉(zhuǎn)速，較大的切深，更高的進給，最終導(dǎo)致零件加工效率低。同樣，軟爪裝夾的工件時，必定會存在一定的變形（約束狀態(tài)下加工與檢查的結(jié)果），零件勢必不能獲得較高的圓度、尺寸精度。為此，我們可以將工件采用固定工藝臺的方式進行裝夾，在加工是預(yù)留一定的工藝臺增加工件剛性，并在后續(xù)工序用將工藝臺進行去除，工藝臺切除時，工件的變形控制往往比較容易實現(xiàn)。

如圖1所示，左側(cè)外圓處的工藝臺就是此方面的運用，整個零件加工過程中基本不使用軟爪，其余工序加工均采用簡易拼裝夾具。

圖1　工序間工藝臺使用實例

2.2工藝臺在工序中的應(yīng)用

上面討論了工藝臺在工序流程間的使用，這里將其一種特殊情況進行分析。當(dāng)能在工件加工時留有工藝臺，那么在多工序合并時，工序間的工藝臺將可以在工序中保留一段時間，并在本工序完成前進行去除。這種工藝臺處理方式除了操作者與工序的編程人員，其他人將很難通過工藝規(guī)程進行發(fā)現(xiàn)（在沒有明確指出時）。

如圖2所示，零件在本工序最后去除A處工藝臺，整個加工過程中不再需要使用輔助支撐，裝夾簡單可靠，零件主要工序加工均采用簡易拼裝夾具。

圖2　工序中工藝臺使用實例

3　結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)代航空工藝的需求，航空環(huán)形件朝著薄壁化、整體化、個性化、復(fù)雜化方向演變，解決其加工變形問題，對于提高航空產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率具有重要意義。

總之，靈活使用工藝臺將給機械加工帶來新思路，尤其是在新品研發(fā)時，可大量減少工藝裝備研發(fā)投入，為企業(yè)提高效率。

［1］機械加工工藝師手冊［M］.機械工業(yè)出版社.2001.08.

［2］范玉清.現(xiàn)代飛機制造技術(shù)［M］.北京航空航天大學(xué)出版社2001.

［3］王聰梅.航空發(fā)動機典型零件機械加工［M］.航空工業(yè)出版社2014.04.

［4］卓迪仕.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 ［M］ 國防工業(yè)出版社.

［5］金福昌.車工 ［M］.機械工業(yè)出版社.2007.04.

［6］顏東.發(fā)動機檢驗技術(shù)手冊 ［M］.航空工業(yè)出版社.2007.04.

Research a Processing Method of Thin Wall Ring Parts

Kun Guo， Shiyang Wang， Jun Li
（Avic south aviation industry co.， LTD.， Zhuzhou， Hunan， 412002， China）

Thin-walled circular parts are widely used in aviation parts， in order to obtain a higher weight than work， aircraft engine thin-walled parts are widely used in the design， its shape is complex， poor rigidity， light weight， compact structure， easy to deformation， prone to size error in the process of machining and surface quality is not high. Poor rigidity has always been a difficult problem in the field of thin-walled parts processing， adopt the method of process and process between the process units can be a very good control the deformation of thin wall ring parts processing， improve the process stability， control size fluctuation， as to improve the performance of thin wall ring parts processing， the stability of parts processing quality and production efficiency has positive significance.

Thin-walled Part； Aided by Team； Process Area； Feed

E-mail: kun1430@163.com

V261.2+1

A

2095-8412 （2016） 03-348-03

郭坤（1982-），男，技術(shù)員，工程師，工學(xué)學(xué)士。研究方向：機械制造。