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摘要：薄壁零件加工一直是机加工中最棘手的难题，对于其中材料为高温合金的多层薄壁结构零件加工，更是如此。本文就某高温合金多层薄壁零件刚性差、难装夹、易变形的结构特点，对其加工的难点及加工方法进行了深入分析探讨，并通过合理安排工艺流程、采用合适装夹方式及切削参数，满足了产品图样的设计要求。
主题词：薄壁零件；装夹变形；专用刀具；工艺基准
1 引 言
航空工业中广泛使用薄壁结构件，薄壁结构件一般由若干侧壁和腹板组成，形状复杂，相对刚度低，加工余量大，加工工艺性差。加工受切削力、切削熱、切削颤振等因素影响，零件极易产生加工变形，从而导致加工精度难以保证。由于上述影响因素导致的变形是无法避免和消除，只能通过采取各种手段去减小变形，从而满足产品设计要求。本文就以某型号航空发动机高温合金多层薄壁结构零件的关键尺寸加工为例，来探索尺寸精度高、形位公差严的多层次薄壁零件的加工方法，从而为今后类似零件加工提供借鉴。
2 零件结构简介
该零件三维模型如图1、二维装夹如图2所示。它属于薄壁零件，径向方向是由三层2mm～2.5mm壁薄组成，三层薄壁靠端面是2.5mm薄腹板进行连接，最外圈薄壁上均布24×φ39mm孔， 中间一圈圆周上均布16×φ8.5径向孔，零件所有端面上均分布着许多孔。
3 难点分析
从图1看出，该零件属于多层薄壁零件，结构工艺性差，其加工难点如下：
a）零件属于典型壁薄零件，且在薄壁上还均匀分布着许多孔，导致零件刚性极差，易变形，因此，无论是车削加工还是铣削加工都极易产生变形；
b）零件难装夹；
c）零件结构设计要求高，形位公差为0.03mm～0.05mm，对机加工难度非常大；
d）内壁环槽具有一定封闭性， 难加工，必须根据实际情况设计非标刀具方可实现。
此外，由于该零件材料为GH4169，属于典型难加工高温合金材料，切削加工性能差。
4 解决方法
4.1 选择合理的工艺流程
该零件原材料为锻件，加工中要去除大部分材料，切削热使得零件产生切削应力，因此，工艺流程必须分粗精加工，并且在粗加工之后安排一道热处理工序去除应力，减少变形。该零件具体工艺流程安排如下：粗车（普车）—热处理—半精车（普车）—粗铣—热处理（时效去应力）—精车（数车）—精铣（数铣）。
4.2 选择合理的装夹方式
对于薄壁零件的加工，要减少零件变形，除了合理安排工艺流程之外，加工过程中选择合理的装夹方式特别重要。由于零件壁薄，采用三爪或四爪装夹零件，零件径向受力，极易产生变形，该装夹方式不宜采用。因此，结合零件结构增设工艺块，装夹方式如图2所示。车削加工下端面及型面时，借用上端最外台阶外圆，利用压板装夹零件，翻身车上端面及型面时，可以借助工艺块装夹零件，有效避免装夹导致的变形。
4.3基准面要确保正确加工
从零件整个工艺流程来看，要保证尺寸精度和形位公差，最后精车工序基准面的正确加工是关键。零件经半精加工以及最后一道热处理后，平面度达到0.8mm，这时，如果直接采用压板强行装夹零件加工工艺基准面，装夹状态，平面可达0.03mm。但是，一旦取下零件，零件会回弹。因此，精车前，需采用支撑内孔方式加工基准面，支撑内孔力不能过大，加工时吃刀量也不能过大，转速不能过高，否则就不能保证零件自由状态下，平面度达到0.03mm要求，也就无法保证零件各项设计要求。为保证加工基准面0.03mm平面度，具体加工参数为吃刀量0.1mm，转速为每分钟10转。
4.4 刀具和切削参数的合理选择
根据零件材料的加工特性，通过试验，粗车采用YG6A、精车采用H2刀具材料加工性能最好。加工时，切削参数选择合理，同样能有效提高产品的质量。针对该零件，粗车时，切削速度为（30～40）M/min，进给速度为（0.2～0.30）mm，吃刀量2mm；精车余量（0.8～1）mm，切削速度为（25～30）r/min，进给速度（0.1～0.15）mm，吃刀量0.2mm，为保证零件表面质量，选择刀具锋利，精车具前角12°～15°，后角2°～3°。此外，由于零件局部地方具有一定封闭性，设计非标刀具对封闭的局部地方进行加工。
4.5 对工件选择合适的冷却方式
在加工过程中，由于刀具与工件和切屑瘤间的摩擦，产生大量的切削热，一方面，切削热传到刀具上会使刀具的硬度降低，加速刀具的磨损，降低工件的表面质量；另一方面，切削热而传到工件上使工件产生热变形，对加工薄壁零件十分不利。因此，粗车需采用高压气对刀具进行冷却；精车采用乳化液对刀具及工件进行冷却。通过采取上述冷却方式，降低了刀具的磨损和工件的变形，保证了工件的表面质量、尺寸和几何精度。
5 结束语
本文通过对薄壁零件材料加工特性和结构特点进行分析，提出对工件采取合理的工艺流程、装夹方式、冷却方式及加工刀具等应对措施，圆满地解决了薄壁零件加工变形、形位公差及表面质量等无法保证的加工难题。
参考文献：
[1]《机械加工工艺手册》孟少农 主编，1998年3月出版，机械工业出版社
[2]《夹具工程师手册》 刘文剑，曹天河，赵维缓编，1987年，黑龙江科学技术出版社
作者简介：王德仙（1973-），女，民族：汉，籍贯：贵州省遵义市，当前职务：工艺师，当前职称：中级工程师，学历：本科，研究方向：机械加工。
主题词：薄壁零件；装夹变形；专用刀具；工艺基准
1 引 言
航空工业中广泛使用薄壁结构件，薄壁结构件一般由若干侧壁和腹板组成，形状复杂，相对刚度低，加工余量大，加工工艺性差。加工受切削力、切削熱、切削颤振等因素影响，零件极易产生加工变形，从而导致加工精度难以保证。由于上述影响因素导致的变形是无法避免和消除，只能通过采取各种手段去减小变形，从而满足产品设计要求。本文就以某型号航空发动机高温合金多层薄壁结构零件的关键尺寸加工为例，来探索尺寸精度高、形位公差严的多层次薄壁零件的加工方法，从而为今后类似零件加工提供借鉴。
2 零件结构简介
该零件三维模型如图1、二维装夹如图2所示。它属于薄壁零件，径向方向是由三层2mm～2.5mm壁薄组成，三层薄壁靠端面是2.5mm薄腹板进行连接，最外圈薄壁上均布24×φ39mm孔， 中间一圈圆周上均布16×φ8.5径向孔，零件所有端面上均分布着许多孔。
3 难点分析
从图1看出，该零件属于多层薄壁零件，结构工艺性差，其加工难点如下：
a）零件属于典型壁薄零件，且在薄壁上还均匀分布着许多孔，导致零件刚性极差，易变形，因此，无论是车削加工还是铣削加工都极易产生变形；
b）零件难装夹；
c）零件结构设计要求高，形位公差为0.03mm～0.05mm，对机加工难度非常大；
d）内壁环槽具有一定封闭性， 难加工，必须根据实际情况设计非标刀具方可实现。
此外，由于该零件材料为GH4169，属于典型难加工高温合金材料，切削加工性能差。
4 解决方法
4.1 选择合理的工艺流程
该零件原材料为锻件，加工中要去除大部分材料，切削热使得零件产生切削应力，因此，工艺流程必须分粗精加工，并且在粗加工之后安排一道热处理工序去除应力，减少变形。该零件具体工艺流程安排如下：粗车（普车）—热处理—半精车（普车）—粗铣—热处理（时效去应力）—精车（数车）—精铣（数铣）。
4.2 选择合理的装夹方式
对于薄壁零件的加工，要减少零件变形，除了合理安排工艺流程之外，加工过程中选择合理的装夹方式特别重要。由于零件壁薄，采用三爪或四爪装夹零件，零件径向受力，极易产生变形，该装夹方式不宜采用。因此，结合零件结构增设工艺块，装夹方式如图2所示。车削加工下端面及型面时，借用上端最外台阶外圆，利用压板装夹零件，翻身车上端面及型面时，可以借助工艺块装夹零件，有效避免装夹导致的变形。
4.3基准面要确保正确加工
从零件整个工艺流程来看，要保证尺寸精度和形位公差，最后精车工序基准面的正确加工是关键。零件经半精加工以及最后一道热处理后，平面度达到0.8mm，这时，如果直接采用压板强行装夹零件加工工艺基准面，装夹状态，平面可达0.03mm。但是，一旦取下零件，零件会回弹。因此，精车前，需采用支撑内孔方式加工基准面，支撑内孔力不能过大，加工时吃刀量也不能过大，转速不能过高，否则就不能保证零件自由状态下，平面度达到0.03mm要求，也就无法保证零件各项设计要求。为保证加工基准面0.03mm平面度，具体加工参数为吃刀量0.1mm，转速为每分钟10转。
4.4 刀具和切削参数的合理选择
根据零件材料的加工特性，通过试验，粗车采用YG6A、精车采用H2刀具材料加工性能最好。加工时，切削参数选择合理，同样能有效提高产品的质量。针对该零件，粗车时，切削速度为（30～40）M/min，进给速度为（0.2～0.30）mm，吃刀量2mm；精车余量（0.8～1）mm，切削速度为（25～30）r/min，进给速度（0.1～0.15）mm，吃刀量0.2mm，为保证零件表面质量，选择刀具锋利，精车具前角12°～15°，后角2°～3°。此外，由于零件局部地方具有一定封闭性，设计非标刀具对封闭的局部地方进行加工。
4.5 对工件选择合适的冷却方式
在加工过程中，由于刀具与工件和切屑瘤间的摩擦，产生大量的切削热，一方面，切削热传到刀具上会使刀具的硬度降低，加速刀具的磨损，降低工件的表面质量；另一方面，切削热而传到工件上使工件产生热变形，对加工薄壁零件十分不利。因此，粗车需采用高压气对刀具进行冷却；精车采用乳化液对刀具及工件进行冷却。通过采取上述冷却方式，降低了刀具的磨损和工件的变形，保证了工件的表面质量、尺寸和几何精度。
5 结束语
本文通过对薄壁零件材料加工特性和结构特点进行分析，提出对工件采取合理的工艺流程、装夹方式、冷却方式及加工刀具等应对措施，圆满地解决了薄壁零件加工变形、形位公差及表面质量等无法保证的加工难题。
参考文献：
[1]《机械加工工艺手册》孟少农 主编，1998年3月出版，机械工业出版社
[2]《夹具工程师手册》 刘文剑，曹天河，赵维缓编，1987年，黑龙江科学技术出版社
作者简介：王德仙（1973-），女，民族：汉，籍贯：贵州省遵义市，当前职务：工艺师，当前职称：中级工程师，学历：本科，研究方向：机械加工。