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[摘 要]筒形薄壁件在军民品生产中占有极大的比例，针对筒形薄壁件内型面加工中的变形和振动问题，设计了一种柔性夹具，以提高薄壁件在加工过程中的刚性，减小或消除加工过程中的零件变形和切削振动，从而提高零件加工质量。
[关键词]筒形薄壁件 柔性夹具 胀紧
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0239-01
1 引言
随着航空发动机性能要求的进一步提高，其结构向着轻量化、薄壁化和整体化方向发展，薄壁零件具有净质量小、节约材料、结构紧凑等特点，已日益广泛地应用在现代航空工业中。航空发动机薄壁件的结构复杂，尺寸较大，壁厚一般在0.5～3 mm 之间，加工余量大，相对刚度较低，加工工艺性差，不易控制加工精度和提高加工效率。由于零件刚性较差，加工中极易产生变形，不易保证零件的加工品质。特别是加工内孔时，若装夹方式不当，夹紧力分布不均匀或过大，夹紧后零件会变形，加工完成松开夹紧后，由于弹性恢复，零件圆度超差。因此采用何种工艺方法提高薄壁零件的加工精度，是一个亟待解决的问题。
2 被加工零件结构及工艺性分析
后封严圈是典型的薄壁结构件，零件结构复杂，最大直径ф330mm，局部壁厚只有2mm，且其壁厚要求均匀，壁厚差要求控制在0.05mm以内，材料为钛合金，零件属于典型的薄壁零件，材料难加工而且尺寸精度和形状精度要求高，使得加工更加困难。难点主要有以下三点：
1）受力变形：因工件壁薄，在装夹工件时的夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
2）受热变形：因工件较薄，钛合金导热系数低，在切削加工过程中散热和冷却效果差，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
3）振动变形：在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
在加工过程中，为了减少零件的变形，保证加工质量和精度，在工艺上采用了诸多办法：采用合理工艺方法和加工路线，预留合理的加工余量，合理选择加工参数，安排合理的切削顺序和走刀路径，内、外表面交替去除加工余量等，但零件加工质量依然难以保证，零件的合格率低，大部分产品需超差使用。
经过反复地研究，设计了一种用于筒形薄壁件内型面加工的柔性夹具，加工过程中用以支撑薄壁件的内型面，减少加工变形系数，消除振动，从而解决薄壁件加工变形问题，提高产品合格率和生产效率。
3 柔性夹具的设计方案
由于零件型面复杂，加工中容易振动、变形，装夹加工难度极大。在加工内腔型面时，在整个零件的外型面上按各型面的具体尺寸安装辅助支撑用夹具，夹具要具有一定的柔性，保证夹具表面能够紧贴于被加工零件表面，夹具的材料要有一定的减振功能，以提高零件在加工时的抗振能力和防变形能力。
薄壁件内型面加工防止变形用柔性夹具的结构如图1。夹具由半环组件、铰链机构、偏心挂钩机构组成。
半环组件由左右箍紧半环（No1，No2）和左右聚氨酯橡胶半环（No3）组成，左右箍紧半环为金属薄壁半环，滚压成形后和聚氨酯橡胶半环通过铆钉铆接在一起。工作状态下两半环组件间留有4～10mm的间隙，以保证装夹时能牢固地锁紧零件。金属薄壁半环壁厚3～5mm，聚氨酯橡胶半环外型面与金属薄壁半环贴合，内型面与被加工零件贴合，按照零件外形加工。选用聚氨酯橡胶做柔性夹具的原因是：它具有较好的物理、力学性能，耐磨性比天然橡胶高9倍，对交变应力的作用表现出明显的滞后现象，抗撕裂强度高，耐高压、减振性强、具有良好减振缓冲性能，工作状态下，聚氨脂橡胶半环能与被加工零件表面紧密贴合，接触面均匀。
铰链机构由两件合叶8、 9和销轴12组成，合叶通过铆钉与金属半环连接，合叶与销轴间保持间隙0.01—0.02毫米，并保证转动灵活，两半环通过铰链机构控制开合。
两半环组件通过偏心挂钩机构锁紧，挂钩机构的支座5通过铆钉与左金属半环连接，钩座7通过铆钉与右金属半环连接，锁紧环6为ф3mm的开口方形环，通过ф3孔连接到扳手4上后将锁紧环6的开口焊合。扳手4上通过销轴13与支座5连接，扳手4与销轴13间隙配合，支座5与销轴13过盈配合，锁紧时将锁紧环6套在钩座7上，锁紧扳手4即可
由于采用两半环夹紧，夹紧接触面积达到工件外型面的90%以上，减小了夹紧力和加工过程中的切削力对薄壁件加工变形的影响，聚氨酯橡胶材料吸振性好，消除了加工过程中的振动，提高了零件的加工质量。
4 夹具的工作原理
工作时，先将夹具置于工件要求箍紧的位置，将锁紧环6套在钩座7上，扳动扳手4，锁紧偏心挂钩机构，使两个半环组件箍紧被加工零件的外型面，由于夹紧接触面积达到工件外型面的90%以上，减小了夹紧力和加工过程中的切削力对薄壁件加工变形的影响，半环组件内型面采用聚氨酯橡胶材料，该材料吸振性好，消除了加工过程中的振动，减少了变形系数，保证了零件内型面的加工质量。半环组件通过铰链机构连接，可自由开合，通过偏心挂钩机构进行锁紧。零件可以顺利取出。
5 应用与推广
筒形薄壁件内型面加工用柔性夹具结构简单，制造使用都很方便，能有效地消除薄壁件加工过程中的振动及变形，目前已应用于航空发动机筒体薄壁件的车削、铣削加工中，解决了零件加工的变形难题，筒形薄壁零件的加工质量和零件加工精度都有大幅度的提高，零件加工合格率提高到90%以上，降低了单件加工成本，年创效益近百万元。
随着科学技术的飞速发展，薄壁零件将日益广泛地应用在现代航空工业中，因此，这种防止薄壁件内型面加工变形用柔性夹具将具有更加广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王志刚，何宁，武凯等.薄壁零件加工变形分析及控制方案[J].中国机械工程，2002（2）：114-117.
[2] 陈芳.浅谈薄壁件加工工艺[J].吉林省教育学院学报，2009（5）：103-104.
[3] 陈日曜.金属切削原理.北京：机械工业出版社，1985.
[关键词]筒形薄壁件 柔性夹具 胀紧
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0239-01
1 引言
随着航空发动机性能要求的进一步提高，其结构向着轻量化、薄壁化和整体化方向发展，薄壁零件具有净质量小、节约材料、结构紧凑等特点，已日益广泛地应用在现代航空工业中。航空发动机薄壁件的结构复杂，尺寸较大，壁厚一般在0.5～3 mm 之间，加工余量大，相对刚度较低，加工工艺性差，不易控制加工精度和提高加工效率。由于零件刚性较差，加工中极易产生变形，不易保证零件的加工品质。特别是加工内孔时，若装夹方式不当，夹紧力分布不均匀或过大，夹紧后零件会变形，加工完成松开夹紧后，由于弹性恢复，零件圆度超差。因此采用何种工艺方法提高薄壁零件的加工精度，是一个亟待解决的问题。
2 被加工零件结构及工艺性分析
后封严圈是典型的薄壁结构件，零件结构复杂，最大直径ф330mm，局部壁厚只有2mm，且其壁厚要求均匀，壁厚差要求控制在0.05mm以内，材料为钛合金，零件属于典型的薄壁零件，材料难加工而且尺寸精度和形状精度要求高，使得加工更加困难。难点主要有以下三点：
1）受力变形：因工件壁薄，在装夹工件时的夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
2）受热变形：因工件较薄，钛合金导热系数低，在切削加工过程中散热和冷却效果差，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
3）振动变形：在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
在加工过程中，为了减少零件的变形，保证加工质量和精度，在工艺上采用了诸多办法：采用合理工艺方法和加工路线，预留合理的加工余量，合理选择加工参数，安排合理的切削顺序和走刀路径，内、外表面交替去除加工余量等，但零件加工质量依然难以保证，零件的合格率低，大部分产品需超差使用。
经过反复地研究，设计了一种用于筒形薄壁件内型面加工的柔性夹具，加工过程中用以支撑薄壁件的内型面，减少加工变形系数，消除振动，从而解决薄壁件加工变形问题，提高产品合格率和生产效率。
3 柔性夹具的设计方案
由于零件型面复杂，加工中容易振动、变形，装夹加工难度极大。在加工内腔型面时，在整个零件的外型面上按各型面的具体尺寸安装辅助支撑用夹具，夹具要具有一定的柔性，保证夹具表面能够紧贴于被加工零件表面，夹具的材料要有一定的减振功能，以提高零件在加工时的抗振能力和防变形能力。
薄壁件内型面加工防止变形用柔性夹具的结构如图1。夹具由半环组件、铰链机构、偏心挂钩机构组成。
半环组件由左右箍紧半环（No1，No2）和左右聚氨酯橡胶半环（No3）组成，左右箍紧半环为金属薄壁半环，滚压成形后和聚氨酯橡胶半环通过铆钉铆接在一起。工作状态下两半环组件间留有4～10mm的间隙，以保证装夹时能牢固地锁紧零件。金属薄壁半环壁厚3～5mm，聚氨酯橡胶半环外型面与金属薄壁半环贴合，内型面与被加工零件贴合，按照零件外形加工。选用聚氨酯橡胶做柔性夹具的原因是：它具有较好的物理、力学性能，耐磨性比天然橡胶高9倍，对交变应力的作用表现出明显的滞后现象，抗撕裂强度高，耐高压、减振性强、具有良好减振缓冲性能，工作状态下，聚氨脂橡胶半环能与被加工零件表面紧密贴合，接触面均匀。
铰链机构由两件合叶8、 9和销轴12组成，合叶通过铆钉与金属半环连接，合叶与销轴间保持间隙0.01—0.02毫米，并保证转动灵活，两半环通过铰链机构控制开合。
两半环组件通过偏心挂钩机构锁紧，挂钩机构的支座5通过铆钉与左金属半环连接，钩座7通过铆钉与右金属半环连接，锁紧环6为ф3mm的开口方形环，通过ф3孔连接到扳手4上后将锁紧环6的开口焊合。扳手4上通过销轴13与支座5连接，扳手4与销轴13间隙配合，支座5与销轴13过盈配合，锁紧时将锁紧环6套在钩座7上，锁紧扳手4即可
由于采用两半环夹紧，夹紧接触面积达到工件外型面的90%以上，减小了夹紧力和加工过程中的切削力对薄壁件加工变形的影响，聚氨酯橡胶材料吸振性好，消除了加工过程中的振动，提高了零件的加工质量。
4 夹具的工作原理
工作时，先将夹具置于工件要求箍紧的位置，将锁紧环6套在钩座7上，扳动扳手4，锁紧偏心挂钩机构，使两个半环组件箍紧被加工零件的外型面，由于夹紧接触面积达到工件外型面的90%以上，减小了夹紧力和加工过程中的切削力对薄壁件加工变形的影响，半环组件内型面采用聚氨酯橡胶材料，该材料吸振性好，消除了加工过程中的振动，减少了变形系数，保证了零件内型面的加工质量。半环组件通过铰链机构连接，可自由开合，通过偏心挂钩机构进行锁紧。零件可以顺利取出。
5 应用与推广
筒形薄壁件内型面加工用柔性夹具结构简单，制造使用都很方便，能有效地消除薄壁件加工过程中的振动及变形，目前已应用于航空发动机筒体薄壁件的车削、铣削加工中，解决了零件加工的变形难题，筒形薄壁零件的加工质量和零件加工精度都有大幅度的提高，零件加工合格率提高到90%以上，降低了单件加工成本，年创效益近百万元。
随着科学技术的飞速发展，薄壁零件将日益广泛地应用在现代航空工业中，因此，这种防止薄壁件内型面加工变形用柔性夹具将具有更加广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王志刚，何宁，武凯等.薄壁零件加工变形分析及控制方案[J].中国机械工程，2002（2）：114-117.
[2] 陈芳.浅谈薄壁件加工工艺[J].吉林省教育学院学报，2009（5）：103-104.
[3] 陈日曜.金属切削原理.北京：机械工业出版社，1985.