薄壁半圆环零件变形分析及工艺研究

薄壁半圆环零件变形分析及工艺研究

邱德祥王广晏东

重庆水泵厂有限责任公司重庆400033

摘要：轴向剖分多级离心泵壳体密封环是典型的薄壁半圆环类零件，它不仅具有一般薄壁件刚性差、易变性的特点，且是剖分零件，进一步增加了装夹和加工的难度。本文首先分析这种特殊结构零件易变性的原因，并提出相应的工艺措施以保证零件满足使用要求。

关键词：薄壁半圆环；变形分析

1概述

多级离心泵的流道由固定不动的壳体蜗室、级间流道和高速旋转的叶轮流道组合而成，各级之间需要有效的密封才能控制介质窜流，保证输送压力以及泵的运行效率。但由于动、静部件之间相对高速旋转，加之细长转子部件挠性，所以密封位置常常产生剧烈磨损。为了保护壳体和叶轮等重要零件，在密封位置增设密封环，其中轴向剖分多级离心泵壳体密封环因结构和装配需要，采用半圆环结构。图1所示为某壳体密封环，毛坯为锻件双相不锈钢，固溶态、锻坯，精度要求高。

这类零件在大批量加工中包括以下步骤：1、粗加工内、外圆及台阶留余量3-4，让后进行去应力处理；2、半精加工留余量2；3、将整体零件切割成半圆环零件，夹具保证剖分面贴合进行时效处理；4、精磨剖分面，夹具装合，剖分面贴紧，内外圆对齐，半精加工整体型面，时效处理，拆下夹具；5、重新安装夹具，精加工型面，零件加工完毕。这种方法通过工装来保证零件的定位和夹紧，通过多次的热处理控制变形，所以能够较好的保证零件加工的效果。但因为零件剖开后并不是严格意义上的圆环，要实现有效定位和夹紧，工装设计十分复杂，不适合单件小批量生产。

2工艺性分析

首先，壳体密封环属于薄壁零件，其工艺性也包含所有薄壁件加工的特点，影响其加工精度的因素包括受力变形、受热变形和振动。其中受力又包括外力（装夹力和切削力），薄壁件受力变形存在以下特点：1、外力朝向薄壁方向时，如三爪卡盘内夹和外绷，都是完全依靠薄壁本身来承受压力，是最容易产生变形的；2、施力点集中于几点时相比较分散受力更容易引起变形；3、选择不同角度和锋利程度的刀具加工产生的不同大小和方向的切削力，从而也会导致薄壁件的变形程度不同。4、受热变形最终其实也是受力变形，切削和焊接过程中产生大量热量变化引起内应力变化，从而引起畸变，奥氏体和双相不锈钢导热性差，热变形的倾向更严重。5、振动则是由于加持力不足或者零件本身刚性不足引起的。6、粗加工变形严重，会给精加工带来复印误差。

薄壁半圆环除了具有薄壁件的加工特点之外，还有其自身的特点，这类零件在粗加工之后，由一个整圆环剖开为半圆环，由于材料剖分面材料的内聚力消失，半圆环开口扩张，实际上已经成为一个半椭圆环。再次组合进行精加工，首先需要保证稳固的夹紧，否则加工过程中零件出现微小的移动，就会导致零件的形状、尺寸偏差，但这个加持力又不能导致零件变形，所以薄壁半圆环零件的加工就显得更加困难。

3控制措施

通过以上分析可知，要控制薄壁半圆环零件在加工过程中的变形，就要优化受力条件，消除零件内应力。具体可根据情况采取以下措施：1、增加内部胀芯或者改用轴向端面压紧代替径向夹紧。这两种装夹方式都是依靠夹具间接承受夹持力，零件只是传递力而不承受力，所以只要定位面贴合紧密，零件几乎不会变形；2、采用分布力代替集中力压紧，端面压紧时用圆压板代替条形压板，径向压紧时，用软爪、开口套或塑料夹具等代替卡盘装夹，单位截面承受的压力减小，且受力趋于均匀，零件的变形也能得到有效控制。3、采用多次去应力热处理，去除粗加工和焊接应力。4、精加工采用更锋利，主偏角90°左右的刀具，切削更轻快，径向切削力更小，减少振动。

图1所示壳体密封环，我们采取以下工艺措施：1、粗加工时留出装夹位置，配车紧配合工艺塞子；2、割开后重新组合加工采用点焊的方法，焊接之前增加定性处理，稳定半圆零件的形状；3、设计辅助焊接工具如图2所示，保证零件对焊位置准确；4、使用焊接工具顶紧零件时力度适中，过松则剖分面贴合不好，过紧则给半圆件带来变形。5、精加工以端面定位，用圆压板压紧。优化后的工艺路线如下：备料→粗加工→切割（线切割）→时效处理→磨剖分面→焊接（图2）→去焊接应力→磨端面→车内孔→车外圆→钳（打磨分开）→检查。通过优化后的工艺路线加工零件，零件加工完成后经检验全部合格。

3结论

综上所述，薄壁半圆环类零件加工虽然难度很大，但只要采取正确的装夹方法，减小零件承受的压力，并在粗加工和组合前进行充分的去应力热处理，加工过程中采用合理的刀具，提高操作技能，就能加工出合格零件，并达到很高的合格率。

参考文献：

[1]裘伟斌，孙晓迎.高精度圆环薄壁金属零件加工方法介绍[J].科技创新与应用，2015，08。

[2]姚荣庆.薄壁件的加工方法[J].机床与液压，2007，08（8）.

[3]丁艳红.数控加工薄壁零件的变形分析及控制[J].大科技，2013，03