提高汽蚀管深锥孔粗糙度的工艺改进

崔 薇，甘养伟

（西安航天发动机厂，陕西 西安 710199）

引言

汽蚀管结构为深锥孔与喇叭状在喉部进行收敛。汽蚀管又称文氏管，是利用文丘里效应，在汽蚀管工作时，当液体由喇叭孔流入，经过喉部，将液体先收敛再扩散，液体由粗变细加快流速，液体的压力低于该温度下液体的饱和蒸汽压时，液体中产生大量的气泡，也就是汽蚀现象。只有充分汽蚀后，才能控制液体流量保持不变，同时可以抑制脉动压力反向传递，从而保证系统处于稳定工作状态。

1 零件结构及加工流程

1.1 零件结构（见图1）

汽蚀管具有结构简单、体积小、经济耐用等优点，因其流量调节精度高，可抑制系统振动，降低系统工作噪声，在液体火箭发动机中得到广泛应用。某主汽蚀管材料为LD10，喉部直径约为Φ26 mm以上，深锥孔角度为8°，长度约为130 mm，粗糙度为Ra0.8μm。

1.2 加工工艺流程（见图2）

该汽蚀管采用车工切削加工工艺制造，从加工流程可以看出，为了保证产品尺寸，分了多道粗加工、半精加工以及精加工工序，目前状态为尺寸保证良好，但精加工深锥孔时会产生振动，孔壁有均匀且明显的振纹，粗糙度Ra0.8达不到蓝图的粗糙度要求，针对该问题需分析易产生振纹的原因并制定有效控制措施。

2 加工难点及原因分析

深锥孔长度约130 mm，孔内带有8°锥角，精加工时单边留有0.5 mm余量，由深锥孔孔口一直加工至喉部圆角处，因此需要使用加长刀杆加工。在车削时，使用软爪装夹汽蚀管一端，装夹长度约为20 mm，工件总长160 mm，因此有140 mm悬伸出来，而刀具需要有效切削长度大于130 mm，为避免在喉部位置干涉，有效切削长度又细又长，悬伸长度在130 mm以上。综上所述，由于工件和刀具都没有得到有力支撑，刚性极差，在两者相接处时因为振动频率不同而产生了振纹。蓝图设计要求粗糙度为Ra0.8μm，但实际加工出来约为Ra3.2。为了达到设计蓝图的粗糙度要求，车削加工完成后，还需要使用砂纸抛光型面，虽抛光后可满足要求，但还是延长了交付周期，内型面经过抛光之后，型面存在稍许偏差的风险。

3 改善措施

为了完成深锥孔的一次加工，采用加长一体式专用刀具完成。图3所示为之前所使用的专用刀具，1号刀具和2号刀具的主要区别为有效切削长度的粗细不同。

经过原因分析，判定造成振纹的原因为工件与刀具刚性差。由于产品结构原因，在加工深锥孔一侧时，无法对工件内外进行支撑，因此，提高刀具刚性成为解决问题的唯一方法。

由零件结构图可知，深锥孔8°±10′加工完成后不易测量，仅能抽检使用三坐标检测，其内型面角度均靠数控程序及刀具保证，因此对加工汽蚀管的刀具对刀尖精度要求极高，若刀尖与工件轴线有偏差，则深锥孔8°±10′无法保证。

1、2号刀具为一体式手磨刀，该类型刀具的缺点是：刀尖磨损后需要手工刃磨，刃磨有难度，且耗时较长，需1d时间；刀尖损耗后会刃磨掉部分长度，同时也会缩短刀杆的有效长度，最终会因为长度不足而报废；装夹、找正时间长，靠目测和操作经验，找正一件产品耗时约40 min；刚性差，无法满足粗糙度要求。

1、2号刀具加工深锥孔后粗糙度不达标，操作者还需用砂纸进行抛光，严重影响交付进度，深锥孔角度经过抛光后也存在超差风险。因此定制3号加长刀具（如图4所示）加工。

3号刀具的优点是：刀片为可换标准刀片，磨损后仅需替换刀片，不会影响有效切削长度；通过刃磨改变标准刀片形状，有效避免干涉问题，同时刃磨刀片时间很短，仅需1 h。但在试用期间，发现单独使用该刀杆，震动情况并未改善，说明刀具减震效果不理想。

为提高刀具的刚性，加强减震效果，设计并制造专用加固刀套，结构及装配方式如图5所示。

刀套制作亮点：

1）圆柱段部分直径与机床刀套直径一致，有利于快速装卸刀具，且无需对刀，仅需将圆柱段两孔位置固定，就可实现0误差对刀；

2）锥段部分起加固作用，将刀杆套入后使用两处螺钉顶紧固定，不仅可以防止刀杆在刀套内晃动，还能有效提高刀杆有效加持部位的刚性。锥段型面有部分切除，是防止刀尖在贴近喉部位置时刀杆与工件深锥孔发生干涉；

3）刀具采用内冷却。内冷在冷却效果上要明显好于外冷，在加工深锥孔这样的场合，外浇冷却液是无法进入孔内，这样，钻头的切削刃无法进行有效冷却，而内冷发挥优势，还可以将铝屑冲出去，防止缠屑，有利于提高型面粗糙度。

4 改进后结果

经过反复更改、完善加固刀套的长度、直径后，试加工一批该汽蚀管，在加工深锥孔时刀杆不再振动，内型面没有振纹产生，无需二次砂纸抛光。同时，液试结果也合格。结果证明，该加固刀套能有效吸收刀杆振动，提高加持部分的刚性，避免工件与刀具接触时产生的强烈振动，可平稳加工深锥孔型面，使型面粗糙度不再出现均匀明显的车削纹路。

5 推广应用

通过上述分析与论证，对于类似深长孔的加工均有借鉴作用。在专用刀具上增加加固刀套，既可以提高刀具刚性，减少振动，保证产品粗糙度，还可以减少抛光带来的尺寸超差风险，节约时间，大大提高交付进度。

6 结语

在社会不断快速发展的今天，发现类似的振动问题不能盲目靠购买专用进口减震刀杆解决，通过分析造成振纹的原因，试制合适的刀具、刀杆，也可以解决问题，为车间节省出近万元的购买刀杆成本。通过采取改进措施，完美解决了振纹问题，精加工深锥孔一次到位，汽蚀管得以顺利交付，有效保证了产品质量和交货期。

（编辑：郭萍茹）