薄壁环端面磨削技术的研究

郑琪然 范程程 文国军

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

薄壁环其精度要求高，加工难度大，壁薄易变形。之前没有成熟的钛合金磨削技术，钛合金磨削容易产生磨削裂纹、烧伤，只能采用车削加工代替磨削加工，车加工尺寸、技术条件很难满足设计要求。薄壁环车加工后需钻孔，并还要铣花边，加工后工件变形大，造成安装边端面平行度及着色检查不能满足设计要求。通过本项技术的研究，可以显著改善产品的交付合格指标，完成磨削参数的固化，形成钛合金磨削加工工艺规程，在同类工件上推广应用。

1 制定工艺前准备

工件图分析：薄壁环材料为钛合金，其精度要求高，加工难度大。该件壁薄易变形，安装边壁厚仅1.5mm，安装边端面要求平行度0.05，以及着色检查贴合度，沿周边无间断，密接度不少于80%。车加工尺寸、技术条件很难满足设计要求，安装边端面平行度0.05实际为0.07~0.08，着色检查密接度只能达到 25%~35%，应该采用磨削加工。之前没有成熟的钛合金磨削技术，钛合金磨削容易产生磨削裂纹、烧伤。如图1所示。

2 钛合金磨削试验

之前没有磨削钛合金的经验，没有成熟的钛合金磨削技术，对于钛合金磨削加工没有进行过系统研究和试验，对于砂轮选择、磨削参数等工艺要素没有可借鉴的经验和数据，国外对该项技术进行封锁，同时没有可以借鉴的资料。全靠工艺试验进行摸索。钛合金磨削工艺难度较大，需要试验的项数较多，影响磨削效果的因素也错综复杂。基于此，砂轮结构和材料的选择、夹具结构、磨削参数的选择等均为课题需要重点研究的对象。

2.1 砂轮的选择

磨削钛合金薄壁环端面的砂轮材料、砂轮结构的确定是影响项目新材料钛合金磨削技术研究成败的关键技术之一，因此选择砂轮及其重要。本次试验选用的砂轮为碳化硅砂轮（GC），粒度为46，硬度为K，形状为P，尺寸为φ400×φ127×40。

2.2 磨床夹具的设计

确定磨削薄壁环的新型夹具结构也是影响项目钛合金磨削技术研究成败的关键技术之一。工件的夹紧方式选择不当，不仅影响加工效率，还会造成工件变形。为此设计了专用的磨床夹具，此装夹装置的优点是：

（1）选用轴向压紧方式，使压紧力的方向垂直于工件的主要定位基面。

（2）整个工件的压紧力均匀，且受力面积大，特别适用于薄壁件的精加工。

（3）结构简单，采用圆形压盖压紧，既保证了刚性又要保证装卸方便，减少了准备加工时间。

2.3 试验件的磨削试验

主要通过钛合金端面磨削工艺的研究，对薄壁环试件进行了端面磨削试验，试验了砂轮、夹具的装夹、磨削参数。经过试验，砂轮的选择和夹具装夹可行，磨削参数为：砂轮转速vs=15m/s~20m/s，磨削深度ap=0.01mm，进给速度vf=14m/min。测量了安装边端面平行度要求0.05，实测为0.04~0.05，技术条件着色检查贴合度，沿周边无间断，密接度不少于80%，实测着色合格，取得了良好的效果。并进一步对磨削端面进行了荧光检查、烧伤检查，证实磨削面无任何缺陷，此次磨削参数试验取得了较大的成功。

2.4 薄壁环磨削加工

经过前期对试验件的试验加工，对钛合金磨削时砂轮结构和材料的选择、夹具结构、磨削参数的选择积累了一定的经验。故将此经验运用到正式工件的加工中。

加工了几批工件，磨削参数为：砂轮转速vs=15m/s~20m/s，磨削深度ap=0.01mm，进给速度vf=14m/min。其平行度0.05为0.04~0.05，着色检查贴合度，沿周边无间断，密接度不少于80%合格，合格率达到了100%。并对磨削面进行了荧光检查、烧伤检查，证实磨削面无任何缺陷。

图1 工件三维示意图

结语

经过薄壁环磨削试验的研究，从而确定了磨削方法，结果表明磨削方法可行，工件加工符合设计要求。通过本项技术的研究，显著改善了产品的交付合格指标，确定了钛合金端面磨削的砂轮的材料和结构，完成磨削参数的固化，形成钛合金端面磨削加工工艺文件，可在类似工件上推广应用。

[1]柯明扬.机械制造工艺学[M].北京：航空航天大学出版社，1996.

[2]张幼桢.金属切削原理及刀具[M].北京：国防工业出版社，1990.

[3]黄鹤汀、吴善元.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4]陈日曜.金属切削原理（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.