密封外套零件高效加工工藝研究

趙爍

摘? 要：本文以某重點(diǎn)型號(hào)機(jī)密封外套零件高效加工為中心，集中筆墨從數(shù)控機(jī)床以及硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用、電加工參數(shù)優(yōu)化、刀具國產(chǎn)化等幾個(gè)方面入手，論述了高溫合金實(shí)現(xiàn)真正意義上的高效加工——優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加工的工藝方案設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和取得的實(shí)效。

關(guān)鍵詞：高效加工;高溫合金;陶瓷刀片;刀具國產(chǎn)化

中圖分類號(hào)：TG50? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

密封外套類零件是重點(diǎn)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要轉(zhuǎn)動(dòng)部件。該類零件通常為薄壁環(huán)形零件，配合止口處尺寸最薄，只有2mm。零件整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在零件左端端面處分布有12處端面槽，在零件右端有多處與回轉(zhuǎn)軸線呈60°夾角的深腔斜槽，斜槽、花邊槽分別與端面孔、螺紋孔有嚴(yán)格的角向位置關(guān)系。零件材料為難加工材料鎳基變形高溫合金GH4169，這種材料的切削性差，切削變形量大，切削壓力大，切削時(shí)切削溫度較高，刀具極易磨損，表面質(zhì)量和尺寸精度難以保證。

零件原有的加工路線均是按照普通設(shè)備設(shè)計(jì)完成，需要30幾道工序，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、生產(chǎn)周期均較長，細(xì)車、精車工序也是在普通設(shè)備上應(yīng)用普通焊接車刀加工而成，加工效率低、加工變形大、尺寸精度及技術(shù)條件不易保證。后續(xù)的銑加工工序均采用進(jìn)口合金刀具加工而成，刀具消耗1500元/件。12處端面深腔斜槽需采用電火花成型設(shè)備加工，加工效率低，繼續(xù)工藝改進(jìn)來提高該類零件的加工周期及加工效率。

1 工藝現(xiàn)狀分析

1.1 提高車、銑加工效率低

原有加工路線入下：

粗車第一面→粗車第二面→細(xì)車端面外圓→車裝夾基準(zhǔn)面→半精車外圓→車工藝臺(tái)→精車大頭內(nèi)孔→精車大頭外圓→劃線→銑窩→去毛刺→鉆孔12-φ6.5→去毛刺→銑花邊→鉆孔3-φ5.08→攻絲→去毛刺→锪倒角。

在密封外套的加工過程中，零件反復(fù)、多次的重復(fù)裝夾定位，內(nèi)外型面與工藝基準(zhǔn)均不是一次加工而成，零件尺寸及各技術(shù)條件難以保證。零件反復(fù)、多次裝夾定位，使得生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、工序間周轉(zhuǎn)等待時(shí)間過長，生產(chǎn)管理成本大。因此，需集中加工工序，采用數(shù)控設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)工序集中，提高零件的加工精度及加工效率。

1.2 采用焊接車刀加工效率低

GH4169材料與普通鋼件材料相比，其機(jī)械加工性能差，屬難加工的材料，切削過程中需要消耗更多的能量，加工的主要特點(diǎn)如下。

（1）切削力大：高溫合金的切削力為普通碳鋼材料的兩倍以上。

（2）切削溫度高：切削高溫合金的過程中，變形抗力大，刀面與切屑和工件間的摩擦劇烈，單位切削功率大，消耗的功率多，產(chǎn)生切削熱量大。

（3）刀具磨損劇烈：由于切削溫度高，材料硬度高，黏結(jié)磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)生積屑瘤和棱刺，磨損刀具。

由于以上的諸多原因的影響，普通焊接車刀在加工難加工材料GH4169時(shí)，加工效率低，刀具磨損嚴(yán)重，因此應(yīng)優(yōu)先選擇具有高的抗氧化性、耐磨性的刀片材料。

1.3 電加工12處斜槽

由于電火花蜂窩磨設(shè)備沒有專業(yè)系統(tǒng)，不能提供可供選擇的電參數(shù)配合，人工設(shè)定的加工參數(shù)不夠優(yōu)化，加工時(shí)間為8h/件，加工周期大，影響零件交付節(jié)點(diǎn)。因此，需增大并優(yōu)化電加工參數(shù)，以提高加工效率。

1.4 優(yōu)化銑加工刀具

需通過加工試驗(yàn)，選擇適宜的國產(chǎn)化刀具，以降低零件在加工過程中的切削成本。綜合以上各種情況進(jìn)行分析，可分別從數(shù)控機(jī)床、陶瓷硬質(zhì)合金刀片的應(yīng)用、電加工參數(shù)的優(yōu)化、以及刀具國產(chǎn)化等方面對(duì)零件進(jìn)行高效、優(yōu)質(zhì)、低耗加工的工藝研究。

2 高效加工方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

2.1 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

改變傳統(tǒng)的普通車、銑加工方法，在TUR30、TU30等數(shù)控車床、加工中心上，實(shí)現(xiàn)密封環(huán)零件的半精加工、精加工、銑削加工等工序的集中，調(diào)整后加工路線如下：

粗車第一面→粗車第二面→車裝夾基準(zhǔn)→半精車外圓、內(nèi)孔→車大頭內(nèi)孔外圓→銑花邊、鉆孔、锪倒角→去毛刺→攻絲→去毛刺。

經(jīng)密封環(huán)零件的加工驗(yàn)證，在加工中心上一次裝夾，可完成銑花邊、鉆孔、銑槽、锪倒角等全部銑加工的工作內(nèi)容。改進(jìn)后每件零件減少加工時(shí)間19h，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間6h，提高加工效率2.5倍以上。

2.2 采用機(jī)夾刀具實(shí)現(xiàn)高效加工

零件外圓型面的特殊結(jié)構(gòu)，決定了該零件在半精車工序的加工過程中必須先去除大部分的加工余量，以確保零件在精車工序中的加工余量降低、加工變形量小。陶瓷材料的機(jī)加刀具，通常具有高硬度、良好的耐磨性能、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、并且不易與其他金屬材料產(chǎn)生黏結(jié)等特點(diǎn)，適宜GH4169這種鎳基高溫合金材料的大余量切削加工。

在加工過程中，我們選用肯納的陶瓷刀具對(duì)零件進(jìn)行加工驗(yàn)證，該類型的刀片刃口處的耐磨性能好，抗機(jī)械沖擊力優(yōu)良，在加工試驗(yàn)的過程中，轉(zhuǎn)速115rpm、進(jìn)給量0.2mm/r、切削深度為1mm。去除零件外圓的大部分余量僅用了35min，材料移除率為16cm3/min ，零件的加工效率提高了5倍以上，并且各型面尺寸精度高、表面質(zhì)量好。

密封外套的內(nèi)孔型面及外圓型面在精車試驗(yàn)過程中，均采用伊斯卡的硬質(zhì)合金刀片來完成零件的加工驗(yàn)證。適宜轉(zhuǎn)速為70rpm、進(jìn)給量0.12mm/r、切削深度0.4mm，用時(shí)分別為40min、60min。該加工參數(shù)與零件在普通車床上使用普通焊接車刀加工相比較，加工效率分別提高了1.3倍和1倍以上。

2.3 優(yōu)化電加工參數(shù)

電加工生產(chǎn)率是指在單位時(shí)間內(nèi)工件的蝕除量，可用公式表示Vw=Ka feWU表示。其中Ka與加工條件有關(guān)的系數(shù)，fe脈沖放電頻率，WU單個(gè)脈沖能量?？梢?，提高電加工效率途徑在于提高單個(gè)脈沖能量、脈沖頻率和加工系數(shù)。

2.3.1 提高單個(gè)脈沖能量

所謂提高單個(gè)脈沖能量，就是指在電加工過程中，提高脈沖電壓、電流，改善放電波形。通過調(diào)整電加工參數(shù)，將脈沖寬度由250μs提高到300μs，低壓電流10.0A提高到13.0A，高壓電流0.5A提高到1.0A，包絡(luò)寬度0μs提高到2000μs，包絡(luò)停歇提高到1000μs。

2.3.2 提高放電頻率

所謂提高放電頻率，就是指壓縮脈沖停歇的時(shí)間。但如果脈沖停歇時(shí)間過短，就會(huì)使工作液來不及抵消電離而恢復(fù)絕緣，導(dǎo)致連續(xù)的電弧放電，從而破壞放電過程。所以必須注意選擇適當(dāng)?shù)拿}沖寬度與停歇時(shí)間的比值，即選擇合適的脈寬比。

通過調(diào)整脈寬比，將脈沖寬度250μs調(diào)整為300μs、脈沖停歇? 200μs調(diào)整為100μs。

2.3.3 提高加工系數(shù)

包括合理選擇電極材料、工作液等，以改善加工條件。我們沿用紫銅成型電極和煤油作為工作介質(zhì)。

2.3.4 加大電參數(shù)

考慮到成型電極加工過程中放電面積逐漸變大，由底平面放電，變?yōu)榈灼矫?、兩?cè)面和后斜面同時(shí)放電，脈沖寬度和電流應(yīng)隨之變大，以提高加工效率。

經(jīng)過反復(fù)的加工驗(yàn)證，制定了最終的參數(shù)方案見表1和表2。

表1 Z由正值降至-3的區(qū)間內(nèi)

脈沖寬度 250μs 抬刀高度 1.0mm 脈沖停歇 100μs

抬刀間隔 2.0s 包絡(luò)寬度 2000μs 抬刀速度 中速

包絡(luò)停歇 1000μs 伺服靈敏 4 低壓電流 10.0A

伺服給定 72% 高壓電流 0.5A 平動(dòng)方式 自動(dòng)

表2 Z由-2降至-9的區(qū)間內(nèi)

脈沖寬度 300μs 抬刀高度 1.0mm 脈沖停歇 100μs

抬刀間隔 2.0s 包絡(luò)寬度 2000μs 抬刀速度 中速

包絡(luò)停歇 1000μs 伺服靈敏 4 低壓電流 13.0A

伺服給定 72% 高壓電流 1.0A 平動(dòng)方式 自動(dòng)

在增大電加工參數(shù)的同時(shí)，必須調(diào)整成型電極的尺寸，以適應(yīng)增大的放電間隙，加工出合格零件，經(jīng)加工試驗(yàn)，將電極寬度由11.55mm～11.65mm改為11.5+0.05

0mm為最佳。最終4h加工出合格零件，節(jié)省加工時(shí)間4h/件，加工效率提高1倍。

參考文獻(xiàn)

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