[發明專利]高精度高溫合金薄壁雙翼安裝邊盤件控制變形的加工方法

在審

• 申請號: 201811441055.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109746685A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 鄭琪然;姚海波;宋奪;王偉;閆冬霞
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B23Q3/06
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

1.高精度高溫合金薄壁雙翼安裝邊盤件控制變形的加工方法，其特征在于：具體為，

一、工藝路線對工件變形的控制

確定工藝方案：工藝路線是粗車→細車→精車→標印，清洗→中間檢驗→消除應力熱處理→熒光檢查→磨加工→輪緣端面車加工→噴丸→噴丸后磨加工修復端面，粗車去除余量大，加工應力大，對工件后續加工影響較大；精車工序按傳統的工序安排，不能有效的修正變形；修復工序只安排噴丸后修復，有可能會應變形量大、可修復余量小，造成超差；

統計盤件加工噴丸和熱處理工序后型面超差情況變化，對于工件可修復的安裝邊尺寸，允許修磨量不大于0.1，為避免在噴丸和熱處理工序加劇原有趨勢下的變形，增加了噴丸前磨加工修復工序；

工件榫槽兩側跳動有0.05的跳動技術條件要求，并且在噴丸后對工件允許修磨部分進行修磨時，將兩側榫槽端面作為裝夾基準，為保證工件后續修磨精度，減少跳動對工件關重軸向尺寸的影響，在噴丸前增加車加工修復工序；

二、確定防變形夾具結構：

研究確定工件裝夾方式，改進夾具裝夾方案，拉榫槽采用加強剛性防變形的專用夾具，解決工件加工時引起的變形問題；

為增強拉槽夾具的剛性，在拉槽加工時采用加強蓋，壓蓋壓緊方式進行裝夾；盤件拉榫槽采用的通用結構為底座壓緊的裝夾方式，采用在拉削榫槽面支撐，上部壓緊的方式；

工件榫槽拉削屬于大范圍金屬切削，拉削力較大，壓緊結構的局限使工件更易變形；為保證工件的壓緊質量，提升壓蓋的結構強度，增加了榫槽夾具加強蓋，在原有夾具基礎上裝夾夾具加強蓋，增加工件夾具的剛性，減小拉削后的工件變形；加工后榫槽端面跳動從0.03～0.09減少到0.03-0.05；夾具壓蓋上的孔徑為6-Φ80，并在相鄰兩孔之間增加加強筋結構，提高了壓蓋剛性及強度；

三、優化走刀路線、切削刀具、加工工步及參數；

具體試驗工件的主要加工步驟如下：

1、半精車

盤件毛料為實心腔鍛件，半精車加工去除余量大，加工應力引起加工變形致使工件超差現象嚴重；半精車內腔是工件加工中的難點和關鍵，此前工件由于需要進行超聲波探傷，超聲波探傷盲區余量大，并且要求工件形狀盡量簡單，這樣就造成工件的外輪廓直徑方向加工余量大，一些特殊部位如：典型的深型腔部位，完全是實心結構，加工余量就更大，加工應力引起加工變形致使工件超差現象也更加嚴重；對加工不利，工藝在粗車工序增加了型腔去余量，就是盡可能減小后續加工變形；在半精車加工階段，采用軸向定位、壓緊方式，采用專用工裝進行加工，減小裝夾變形；

根據結構尺寸，選擇刀具的類型，以不干涉和保持刀具最優強度情況下選擇刀具，并用仿真軟件進行程序模擬，采用最優的走刀路線，減少加工應力，控制工件變形且有利于排屑和斷屑；在接刀部位，沿圓弧進、退刀，保證接刀部位圓滑轉接，保證工件的加工質量及表面粗糙度；

1.1裝夾方式

盤件半精加工裝夾方式，借用現有工藝中的車基準工序的夾具，采用壓板壓緊一側的法蘭，該裝夾方式可使盤件之間在轉序轉產時實現零準備時間，同時有效提高了工件裝夾精度；

1.2刀具結構的優化

在借鑒現有刀具結構的基礎上，結合數控立車可在正負兩個方向上加工的特點，由刀具商專門設計了可雙面使用的專用非標刀具，具體如圖8所示；該刀具采用了連接剛性更強的CAPTO結構，具有內部冷卻通道，冷卻液可以通過設置在抵近切削區的噴管準確地噴射在切削區，達到強化冷卻的效果；

1.3半精加工編程

因半精加工需要去除的余量較大，而且法蘭內型腔封閉，在半精加工的無人干預程序編程時大量使用了切削力較小的擺線車削方式；這種車削方式最大限度地避免了切削過程中的打刀現象，使整個加工過程連續，同時實現了高溫合金材料的高速高進給加工；配合上述專用非標刀具的使用，半精加工過程中經常是使用右側刀片在X軸正向加工完指定部位后，機床主軸直接切換到反轉使用左側刀片在負向加工指定部位；

2花邊數控程序優化加工：

銑花邊是對工件安裝邊進行的大范圍材料去除，由于工件銑加工是對安裝邊大部分材料的去除，銑削后安裝變極易出現上下起伏式跳動變化，從前銑花邊采取輪廓粗銑的形式一次去除大部分材料，通過留取0.2余量進行精銑保證尺寸的方式進行；對工件花邊的數控加工部分進行了優化，采取了多次分層刀心去除余量的形式，避免一次性大余量的切除，同時采用全過程無干預數控程序，減少了工人對數控程序操作的風險，切削刀具由普通銑刀改為切削效率更高的密齒銑刀，極大的提高了加工后工件的表面質量及加工效率；

設備選用數控四坐標加工中心，刃具采用Ф8直徑密齒銑刀

銑削加工參數：

粗銑：n＝1400r/min、f＝788mm/min、ap＝10％D＝0.8mm、at＝4mm

精銑：n＝1400r/min、f＝350mm/min、ap＝0.1mm、at＝4mm

粗銑給精銑留余量0.1mm；

銑削加工走刀路線：

銑削采用刀心編程方式進行分層銑削，比原來的輪廓編程“滿刀”切削方式切削力降低，既減少了操作者的干預程度，又有利于變形控制；同時每加工10個槽刀具下降3mm，最后利用刀具全新未磨損部位進行精加工，既有效利用了刀具長度，又保證加工精度；

變形測量：

加工前：端面跳動0.05mm，含機床自身誤差有0.05mm；

加工后：端面跳動0.05mm，徑向拉伸跳動0.05mm；

加工前后，變形情況無明顯變化，對比輪廓程序加工后0.1的跳動差值表明全自動刀心分層銑削的方法可以有效的減少銑削過程中大余量去除產生的工件變形，同時通過密齒銑刀的應用，有效的提升了切削效率，提高了工件的加工質量；

使用成型刀具完成花邊邊緣處理，實現工件尖邊倒圓的機械化，提高工件邊緣加工后尺寸的一致性；尖邊倒圓改變原有的手工拋光方式，利用加工中心及適合結構的銑加工刀具完成花邊邊緣倒圓加工；

3、噴丸：

針對盤件加工變形問題，從噴丸強化方面進行以下操作：

噴丸強化過程從兩個方面進行改進，第一，調整噴丸強化加工順序，主要考慮安裝邊內外兩側的噴丸順序，通過前期的攻關和數據統計，掌握了安裝邊在機械加工后的變形趨勢和變形量變化范圍，按照噴丸強化導致應力轉變的基本原理，應用變形補償的方法抵消一部分應力變形，達到減少工件變形的目的；在經過多次試驗后，確定了工件安裝邊的噴丸強化順序，將其納入工藝規程，對噴丸過程進行固化；第二，對現有噴丸參數及噴丸飽和值進行優化，以減少應力變形。