密封外套零件高效加工工藝探索論文
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(guó)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(guó)產(chǎn)化
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(zhǎng)，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(lái)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(guò)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(guò)長(zhǎng)，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(guò)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(guò)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(méi)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(guò)加工試驗(yàn)，選擇適宜的國(guó)產(chǎn)化刀具，以降低零件在加工過(guò)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(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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?jī)H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(guò)程中，均采用伊斯卡的硬質(zhì)合金刀片來(lái)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=KafeWU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。可見，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(guò)程中，提高脈沖電壓、電流，改善放電波形。通過(guò)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(guò)短，就會(huì)使工作液來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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。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+0.050mm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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