大直径精密复杂型面薄片零件车削加工工艺研究

大直径精密复杂型面薄片零件车削加工工艺研究

摘要：本文以新一代航空发动机高温合金材料大直径精密复杂型面薄壁封严挡片为载体，分析了薄片零件车加工的加工工艺的特点，介绍了一种大直径精密型面薄片零件车加工的加工工艺方法。从优化零件加工工艺路线，改进传统的工艺加工方案，研究精密型面薄片零件车削工艺，为制订同类薄片零件的车削加工工艺方法提供了新的思路。

关键词：薄片零件；弯曲变形；形位公差

中图分类号：TP391 文献标识码：A

0.引言

在机械加工技术中，特别是在航空发动机、燃气轮机涡轮转子零件加工制造中，大直径精密复杂型面薄片零件的加工一直是薄壁环形件加工的技术关键，此类技术一直备受关注。

航空发动机精密复杂型面薄壁封严挡片的加工，由于零件型面要求复杂，无法按常规工艺方法选择在平面磨床上磨削加工，只能选择车削加工。大直径精密复杂型面薄片零件车削加工难以装夹，极易发生变形，从而无法满足形位公差及尺寸公差精度的要求。本文提供一种大直径精密复杂型面薄片零件加工，特别是涉及一种无法实现磨削加工薄片零件

的车削加工方法及其专用夹具，具有简单易实现，加工质量稳定的优点，尤其适合批量生产。

1.薄壁封严挡片零件工艺性分析

1.1 薄壁封严挡片零件结构分析

封严挡片是一种难切削镍基高温合金材料大直径精密

复杂型面薄片类零件，尺寸多、精度高封严挡片主要结构：最大外圆直径为ф671，有4处不同尺寸的型面，其中两处型面壁厚公差仅为0.05和0.04，两处型面以圆锥面连接，不允许有接刀台。整个零件最小壁厚为1.2mm，最大为2.4mm。高精度薄片工件通常采用磨削加工方法，但该零件由于具有多端型面，无法通过磨削加工来完成，选用了“以车代磨”的加工方法。由于薄片工件纵向刚度差，加工难度大，需要设计合理的工艺方法。

1.2 加工过程难点及加工工艺性分析

本文所述封严挡片在车削加工过程中有以下难点：

（1）由于薄片工件纵向刚度差，在车削时容易产生因残余切削应力引起变形。

（2）在车削加工中只能通过夹具进行加紧，由于薄片工件刚性较低的缺点，如果采用卡爪径向夹紧方式会直接导致零件装夹变形；如果采用专用夹具通过压板进行轴向压紧，由于压板压紧存在压板压紧贴合力不够，零件与夹具之间不能紧密贴合，使零件加工难度加大。

1.3镍基高温合金机械加工特点

封严挡片采用难切削镍基高温合金材料，该材料具有屈服强度高、塑性好，耐腐蚀、抗氧化、热稳定性好、韧性和延伸率大、导热性差等特点，尤其是合金中含有较高的金属铌，使得该材料具有优良的抗蠕变性能，但切削加工难度增大。

2 薄壁封严挡片零件车削加工工艺设计

2.1 加工设备的选择

经过对薄壁封严挡片的零件结构和加工难点的分析，

由于薄片工件刚性较低的缺点，如果采用卡爪径向夹紧方式会直接导致零件装夹变形；采用数控立式车床进行加工，分粗、精两个工步进行，可靠地保证了零件精度。在去余量时，采用分段切削的加工方法，不但减少加工应力，控制零件变形，并可以实现自动断屑，有利于排屑和断屑。在数控程序的编制上，结合零件特点，按零件的理论型面编制程序，在型面接刀部位采用切向切入切出的方式，使得切入切出平稳过渡，并通过在计算机上模拟，检查、排除刀具于零件的干涉情况。

2.2专用夹具方案设计

采用数控立式车床进行加工，需要采用专用夹具通过压板进行轴向压紧，由于压板压紧存在贴合力不够，零件与夹具之间不能紧密贴合。根据薄片工件封严挡片结构特点和加

工难点分析，设计了双组可调节多压板车床夹具，由底座和内外两组压板构成，每组压板数量为16个，合计32个。压板又分为固定连接的螺栓和可调伸长量压板本体两部分，通过调整压板在底座上的位置可调节压板的伸出长度，通过组合使用有效解决薄片类零件在加工中因翘曲变形，使零件超差问题。本文提供的立式车床轴向压紧方式，有效避免了薄片类零件周向夹紧变形的??题。本文提供的双组可调节多压板车床夹具，由底座和内外两组压板构成，每组压板数量为16个，压板又分为固定连接的螺栓和可调伸长量压板本体两部分，通过调整压板在底座上的位置可调节压板的伸出长度，通过组合使用有效解决薄片类零件在加工中因翘曲变形，使零件超差问题。

2.3 刀具几何角度的选择

选用0°前角或负前角，一般为0°～-5°，0.2mm～0.4mm的负倒棱。选用小后角，一般为6°～8°。选用负刃倾角，一般为-2°～-4°。刀尖圆弧半径也应重点考虑刀尖强度和刀具耐磨性的要求，一般为R0.3～R0.5 ，粗加工取较大值，精加工取较小值。

3.车加工工艺方案的实施

封严挡片是一种典型的难切削镍基高温合金材料大直径精密复杂型面薄片类零件，由于零件型面要求复杂，无法按常规工艺方法选择在平面磨床上磨削加工，只能选择车削

加工。大直径精密复杂型面薄片零件车削加工难以装夹，极易发生变形，从而无法满足形位公差及尺寸公差精度的要求。

3.1具体实施方式

（1）将夹具装夹在机床工作台上，找正夹具，将零件毛坯装入夹具底座内并找正零件。调整内侧压板位置和伸长量，保证零件漏出长度≥1/2整个零件宽度，用内侧一组压板压紧零件，车加工零件第一面外侧型面，即零件第一面外侧的1/2部分型面。

（2）用夹具上外侧一组压板压紧零件第一面外侧部分型面（车加工后的部分），松开夹具上内侧一组压板，车加工零件第一面内侧型面（第一面剩余部分），注意接刀和型面转接平滑。

（3）车加工零件第二面，松开压板反转零件，将零件找正。由于第二面型面复杂，需要倒三次压板。调整内侧压板位置和伸长量，保证零件漏出长度大于将要加工外侧型面宽度1mm～2mm，用内侧一组压板压紧零件，车加工零件第二面外侧型面，即零件第一面外侧的约1/3部分型面。

（4）用夹具上外侧一组压板压紧零件第二面外侧部分型面（车加工后的部分），松开夹具上内侧一组压板，调整内侧一组压板伸长量，使两组压板之间宽度大于将要加工零件第二面中间部分型面宽度2mm，再次压紧内侧一组压板，