精密薄壁衬套类零件的工艺改进及高效加工

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

精密薄壁衬套类零件的工艺改进及高效加工

张 同 孙淑玲 袁 方

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

随着发动机技术的发展，衬套类零件的加工难度日趋增大。尺寸精度不断提升的同时，衬套类零件薄壁易变形、呈现球型结构、具有密封特性等特点体现的尤为突出。与此同时，对制造技术的要求，日趋严格。设备的精度、刀具的选择、走刀轨迹的优化、切断变形的控制等诸多因素均影响着零件的加工精度。只有上述各项问题逐一解决，零件的加工精度才能得以保证。本文从多方面因素入手，成功突破薄壁衬套的加工难题，较常规衬套类型零件的加工上均有着飞跃式的创新，为此类新型零件的加工上奠定了基础，开拓了薄壁、球体类型衬套加工的新思路。

衬套；薄壁；变形；数控加工；球型结构

一、材料因素

衬套类零件以铜材质、高温合金和钛合金材料居多。

1 铜材质相对较软，具有极好的切削、钻孔性能，适用于数控车床的高精度加工，不适于磨削。但是，切断后应力的变形，以及切断后零件与机床内部的碰撞易导致该类零件薄壁、精密尺寸的超差。该问题应得到重视，最好切断后配有接料装置或其它辅助手段防止零件的磕碰。

2 高温合金的切削具有塑性变形大、切削力大、加工硬化现象严重，切削温度高、刀具易磨损的特点。根据高温合金的性质及其加工特点，切削时应该降低切削温度，采用较低切削速度的同时，充分冷却零件。高温合金零件切削时刀具刃口应保持锋利，减小加工硬化。

3 钛合金的特点：具有较好的韧性、抗腐蚀性好，但其加工性较差。导热性差、导致其切削温度较高，降低了刀具的耐用度。塑性低、硬度高，要求其剪切角增大，切屑与前刀面接触长度很小，前刀面上应力过大，刀刃易发生破损。加工钛合金零件时，最好选用较小的前角和较大的后角的合金刀具，增大切屑与前刀面的接触长度的同时，减小工件与后刀面的摩擦，刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度，避免尖角烧损和崩刃。切削深度可较大，使刀刃在硬化层以下工作，有利于提高刀具的耐用度。加工时需要充分进行冷却。切削速度宜低。

二、加工方案的选择

衬套类型零件多呈现薄壁结构、高精度尺寸。采用数控车加工一次加工完成成为首选。加工设备根据零件的尺寸特点，最好选用转速较高的高精度数控车床。刀具选择方面，除了选用一些传统的“C、D、V”型外圆刀片外，对于一些球型衬套可以采用螺纹刀片进行加工。采用螺纹刀片一方面保证刀具切削刃强度的前提下，可以避免了刀具车削时的过切现象，尤其在加工球型接头薄壁衬套体现的更为突出。

衬套类零件结构相对简单，加工过程中最大的难度为零件的尺寸精度以及切断后的应力变形。此类零件在数控粗加工时建议采用G90（外径/内径切削循环）、G94（端面切削循环）、G71（外圆粗车循环）。均匀去除余量的同时，所编制的程序简单有效，并且有利于减小薄壁零件加工时的应力集中，所加工尺寸相对稳定。为精加工留有适当余量的同时（直径方向0.1mm左右），精加工时尺寸容易控制，表面粗糙度相对较高。机床上测量零件合格，在切断后零件尺寸会有不规律的微变化，主要因素为零件材料本身的特性，以及切零件断后零件的应力变形。材质本质只能依据材料本身的特性，可以采用增加一些热处理手段将原材料自身的应力充分释放。切断后的应力变形的解决方面，可以采用切断面处预加工槽的方法进行解决（如图1）。根据零件的结构特点采用先进行粗加工的方式将零件去除余量，在切断处先加工出一较宽的槽（3mm宽左右，切深A留有适当的余量，避免精加工时零件提前被切断）后，进行半精加工、精加工，最后采用宽度较窄的切刀（1.5～2mm宽）进行切断。提高零件切断面表面粗糙度的同时，可以最大限度的减小切断应力导致的变形。对一些材料较软的零件，切断最好配备接料装置，或者其它辅助手段防止零件的磕碰。

另外，一些薄壁衬套的半成品加工上可以借助一些辅助的工装，如卡瓣及辅助支撑等。辅助支撑（如图2），支撑内孔的同时，大外圆与薄壁衬套外圆尺寸一致，防止零件变形的同时，便于零件的直接使用软三爪进行装夹。薄壁衬套零件根据自身的特点，往往内孔及外圆尺寸精度极高，直接装夹容易造成零件夹伤，以及装夹力过大容易导致零件外圆及内孔的变形超差。所以，薄壁精密衬套半成品的加工最好在普通车床上进行。

图1

图2 辅助支撑

结语

本文从多方面因素入手，成功突破薄壁衬套的加工难题，涉及切断时减小应力变形的切断方法，主要源于现场工人的聪明才智及丰富的现场经验。同时，该方法的加工可以在同类薄壁零件的加工上进行推广。

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