一种高精度薄壁筒轴控制变形的加工方法

摘要

一种高精度薄壁筒轴控制变形的加工方法，确定工艺方案：因为工件属于薄壁件，在开始制定工艺路线时就必须考虑控制变形，控制精车时机加应力对工件变形的影响；确定防变形夹具结构：研究确定工件装夹方式，改进夹具装夹方案，精车内外型面、加工大端面孔槽、加工小端面孔槽采用防变形的专用夹具，解决工件加工时引起的变形问题；大端面为整个工件的轴向基准，精度要求高；小端面对大端面有较高的技术条件要求。本发明的优点：解决了高温合金薄壁筒轴变形的技术难题。最终加工出合格工件，突破了高温合金薄壁筒轴变形的技术瓶颈，保证了工件设计要求，可在同类工件中推广使用，为类似工件加工提供了宝贵的经验。

主权项

一种高精度薄壁筒轴控制变形的加工方法，其特征在于：所述的高精度薄壁筒轴控制变形的加工方法是：1)确定工艺方案：因为工件属于薄壁件，在开始制定工艺路线时就必须考虑控制变形；工件材料为高温合金，加工时候切削力大，容易累积较大的机加应力，为了最大限度减小机加应力对工件变形的影响，工艺路线安排了两次消除应力热处理：经过车超声波面、粗车后，工件每边剩余2～3mm余量，工件去除材料多，累积机加应力大，此时进行第一次消除应力热处理，消除前几道工序累积的应力；当半精车后，各边余量严格控制在1mm，再进行一次消除应力热处理，释放工件中所累积的机加应力，控制精车时机加应力对工件变形的影响；因为工件壁厚1.8‑2mm，为保证该尺寸的加工精度，将内外型面在同一工序中加工，减少重复装夹对各尺寸精度的影响；同时由于是一次加工完成内外型面，相关的技术条件也得到了保证；2)确定防变形夹具结构：研究确定工件装夹方式，改进夹具装夹方案，精车内外型面、加工大端面孔槽、加工小端面孔槽采用防变形的专用夹具，解决工件加工时引起的变形问题；精车内外型面时一般夹具采用内外倒压板或压盖进行，由于此工件壁厚太薄，刚性差，加工时易产生振纹，工件也易变形，很多精度要求较高尺寸及技术条件无法保证；设计了一套专用车加工型面夹具，带有可拆卸的外圆支撑，一组可拆卸的内支撑，锥面支撑，以减少零件装夹变形；专用夹具有定位部分、夹紧装置、压紧装置，还有支撑装置；夹具有4组压板，4个独立的可拆卸的外圆支撑，一组可拆卸的内支撑，锥面支撑，端面压盖等，主要采用压板压紧，再配合内外圆辅助支撑，以保证装夹质量，减少工件振动，控制工件变形；采用该套夹具加工工件，工件做到充分支撑，变形得到了有效控制；大端面为整个工件的轴向基准，精度要求高；在加工大端面时，刀具钻削力使工件大端易变形，无法满足大端面高精度要求，夹具，减少工件变形；夹具以大端内端面为支撑，小端内圆为止口，压紧大端端面；支撑座内侧小孔用于钻镗大端面孔工序，防止钻孔时，钻伤夹具，外侧有一处缺口，用于铣大端外圆缺口工序，压盖上有对应的缺口，用于铣大端面槽工序；夹具满足三个工序使用要求；小端面对大端面有较高的技术条件要求；加工小端面时，由于加工余量大，且既有钻镗加工，又有铣加工，小端面易变形，很难保证与大端面的相对要求；因此需要对小端进行充分支撑，以较少振刀，控制工件变形；该夹具上端支撑面为两个可拆卸的半环型结构，将工件放入夹具内后，再调整支撑面支撑工件小端下端面，并用螺钉将支撑面固定在夹具上；在钻镗小端端面孔和小端内端端面孔时，用特制压板压紧小端端面；在加工小端端面槽、小端外圆花边、小端内端面内侧花边时，用螺钉通过小端端面孔将工件压紧在夹具上，拆掉特制的压板，开始加工；夹具满足五个工序使用要求；3)优化切削刀具、加工参数；刀具半径过小，切削深度对应也很小，切削效率不高，并且因为材料很硬的原因非常废刀片，刀具半径过大，切削接触面大，切削力也很大，容易引起薄壁件的变形；根据工件状态，结合实际情况，最终适合的刀具；转速高，进给量大，虽然可以提高切削效率，但是在单位时间内切除的材料多，工件热传导不充分，累积的机加应力也大，很容易导致薄壁件变形；切削深度受刀具半径制约，并且切削深度将直接影响工件受到的切削力，因为选用的刀具半径仅为0.4mm，且为了减少切削力对薄壁件的影响，切削深度也不宜过大；在满足加工精度的前提下，选择合适的切削参数；4)进行试验件试验，摸索加工规律：通过加工试验解决了精车内外型面、加工大小端后对工件产生变形的影响；采用新结构夹具解决了加工振颤的问题；通过加工试验选择刀具的可行性，切削参数的合理性；在加工大端和小端时，因工件壁薄刚性差，按照正常铣加工工件端面有变形，为了进一步控制切削力对工件变形的影响，因此采用多次扩孔加工和分层加工；经检测尺寸和技术条件均符合图纸要求；5)试验件试验合格后，再正式加工后续工件，采用与试验件同样的工艺路线、装夹方式，加工刀具，切削参数。