提高高溫合金薄壁接頭系列零件的合格率

閆耀青

太原航空儀表有限公司 山西太原 030006

1 高溫合金GH4169 特性

隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展，高溫合金的應(yīng)用越來越廣泛。高溫合金能在高溫（600-1000℃）氧化和燃氣腐蝕條件下，承受較大的應(yīng)力而長期使用，在航空航天行業(yè)零部件制造中經(jīng)常使用[1]。其中GH4169是一種在深冷和高溫條件下用途廣泛的高溫合金，它屈服強度高、塑性好，具有良好的焊接性能，成型性好，有較高的耐腐蝕性和高溫抗氧化型。正是由于GH4169具有的這些特性，其材料被大量用于航空發(fā)動機中的高溫下長期工作的發(fā)動機零件。

薄壁零件的加工特點：薄壁類零件已日益廣泛的應(yīng)用在各工業(yè)部門，因為它具有質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，但由于薄壁零件剛性差、強度弱，給加工帶來了各種技術(shù)上的問題，在加工中變形難以控制，同時還會產(chǎn)生切削振動，使零件尺寸誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量[2]。在公司機械加工實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會遇到加工各種不同類型的薄壁零件，在加工過程中容易變形，對其內(nèi)在外在引起變形的根源進行分析，在加工薄壁類零件時，如何防止其變形，從而達到零件圖紙要求，達到各項技術(shù)指標(biāo)和穩(wěn)定性要求，處理方法的探索是非常必要的。

2 針對所產(chǎn)生問題進行原因分析

2.1 GH4169難加工的原因分析

缺少加工高溫合金材料的專用刀具應(yīng)該采用高溫合金材料GH4169加工，其切削特性是：切削力大，切削溫度高，加工硬化嚴重，刀具易磨損。在加工時重切削力和產(chǎn)生高溫共同作用下，使刀具容易產(chǎn)生碎片或變形，進而導(dǎo)致刀具斷裂。正是由于高溫合金的這些特性，對加工時所用刀具具有很高的要求，普通合金刀具無法滿足切削要求，直接提高了加工難度。

2.2 薄壁類零件易變形的原因分析

本文中的襯盤是薄壁類零件中比較典型的零件，它的內(nèi)外直徑差非常小，徑向剛性差，由于夾緊力、切削力、切削熱等諸多因素的影響，加工中變形比較大。具體原因如下：

（1）因工件壁薄，在緊夾力作用下容易產(chǎn)生變形。在裝夾過程中，原用三爪卡盤與零件接觸面積小，導(dǎo)致零件受力不均勻，薄壁零件與卡盤接觸部分承受了較大的徑向夾緊力，容易發(fā)生形變。

（2）在加工過程中，由于切削力（尤其是徑向切削力）的影響，容易產(chǎn)生振動從而引起變形，影響了工件的尺寸精度、形狀和位置精度。

（3）因工件壁薄，切削熱會引起工件熱變形，從而使工件尺寸難以控制。對于高溫合金GH4169材料的薄壁零件，在一次裝夾中完成從粗車到精車，由熱切削引起的工件熱變形，會對其尺寸精度產(chǎn)生極大影響，甚至?xí)构ぜㄋ涝趭A具上。

3 解決高合材料難加工問題

選擇合理的加工刀具 加工過程中切削力集中在刀刃附近，尤其是在加工高溫合金時，容易發(fā)生刀具崩刀情況，因此選用的刀具需要較好的韌性和抗彎性。在大量的加工實踐中，經(jīng)過對比，選用進口山特維克SANDVIK COROMANT刀片，山特刀具屬于硬質(zhì)合金刀具，具有硬度高、耐磨、強度和韌性好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在1000℃的溫度下，也基本保持不變，在1400℃時仍有很高的硬度，可切削90HRA左右的硬質(zhì)材料。這些優(yōu)良性能使山特刀具相比普通合金刀具具有較高的韌性和抗彎性，可以有效避免在切削過程中發(fā)生崩刀現(xiàn)象。此外山特刀具比常用合金刀具切削速度高2-4倍，刀具壽命高5-10倍。

3.1 解決薄壁零件易變性問題

（1）工裝夾具的改進：a.裝夾零件時采用自制的軟卡爪，軟卡爪圓弧與零件外徑相吻合，形成保護零件的專用襯套，將零件準確定位的同時增大了夾頭與零件的接觸面積，讓緊夾力均布在工件上，減少零件變形，此外，軟爪也可以防止零件被夾傷；b.正確選擇夾緊力的作用點，使夾緊力作用于零件支承點的對應(yīng)部位或剛性好的部位，并盡可能靠近工件的加工表面。

（2）設(shè)計合理的加工工藝流程。在工藝流程上，零件分為粗車、半精車、精車階段。先粗加工零件的外圓和內(nèi)孔，外圓、內(nèi)孔和端面單邊均留較大余量，然后再選擇適當(dāng)?shù)难b夾方法，將零件進行半精加工、精加工到圖紙尺寸要求。工件分粗、精車，是由于粗車時切削余量較大，切削力大，夾緊力大，相應(yīng)變形量也大，半精車和精車時夾緊力小，一方面夾緊變形小，另一方面精車可以消除粗車時因切削力大而產(chǎn)生的變形[3]。

（3）選用合理的切削參數(shù)，減小加工時的切削力。切削力的大小與切削參數(shù)密切相關(guān)，背吃刀量ap，進給量f，切削速度V是切削用量的三要素。背吃刀量和進給量同時增大，切削力也增大，變形也大，對加工薄壁零件極為不利。減小背吃刀量，增大進給量，切削力雖然有所下降，但工件表面殘余面積增大，表面粗糙度也相應(yīng)增大，使強度不好的薄壁零件內(nèi)應(yīng)力也增加，同樣會導(dǎo)致零件的變形。

4 結(jié)論與鞏固措施

此次研究主要對零件的加工工藝、工裝夾具、刀具幾何參數(shù)、程序編制等方面進行試驗，有效地克服材料難加工、薄壁零件易變形等問題，保證了加工精度，通過此次研究，掌握了加工難加工材料和薄壁類零件的加工方法，提高了接頭系列零件的合格率。對于批量大的生產(chǎn)，我們可利用數(shù)控車床高加工精度及高生產(chǎn)效率的特點，并充分考慮工藝問題對零件加工質(zhì)量的影響，為今后更好的加工難加工材料的薄壁零件提供了好的依據(jù)和借鑒。