某异型薄壁环形焊接件试制技术总结

某异型薄壁环形焊接件试制技术总结

张富余 姚诚 王泽霞

中国航发航空科技股份有限公司 四川成都 610500

摘要：某零件是我公司承接的试制新产品。该零件属于异型薄壁环形焊接件，电子束焊接易变形，轮廓度要求严格，试制主要有如下难点：首先材料镍基高温合金，材料难加工，加工去除材料较多，导致加工过程中刀具磨损严重且切削难度大；其次，该零件结构复杂，型面轮廓度加工难度大，在试制过程中需要不断摸索反复调整，改进工艺路线，考虑批产因素，需确定出合理的工艺路线，选择较耐磨刀具，设计出与型面相配合的夹具，最终达到控制零件变形目的；再次零件装配螺柱，螺柱易晃动，通过利用专用装配工装及调整工装尺寸成功完全达到设计图要求，完成试制。

关键词：薄壁环形 电子束焊 镍基合金加工 装配 轮廓变形

引言

本文着重介绍加工该环形零件的结构特点及技术难点，工艺路线的安排，以及该零件的加工方法及控制变形措施。

该零件形状较为复杂，圆弧轮廓加工区域较大，壁厚较薄（2mm）。该材料为高温镍基合金，特点是材料硬，导热性差，表面极易产生加工硬化，使得加工中刀具磨损严重，而且零件尺寸公差及形位严格，给试制工作带来相当大的困难。

1. 结构概述

该零件为焊接组件，首先将子件1与子件2通过电子束焊成为该加工组件，再进行车加工,磨加工,铣加工等，最后再将螺柱装配至加工组件上，合成该薄壁环形焊接组件。

2. 工艺路线的分析和安排

首先应确定零件的加工基准，该零件所有尺寸基准都是有大端面A出发而来，为确保零件设计基准和工艺基准相统一，所以粗基准及精基准的选择都放在小端花边端面。其次由于该零件极易变形，且过程中装配、焊接等对零件的变形，采用传统工艺路线很难保证零件的尺寸及技术条件，针对该零件的特点，为保证零件的尺寸及技术条件，更为获得零件质量稳定性、可控性，依据设计图及实际加工情况最终确定的车、铣、磨、装配的工艺路线如下：配套、定位焊、电子束焊、荧光检查、磨小端面、车加工、车基形及外形、铣加工、粗车大端及内型、修基准面、精车大端及内型、精车小端、荧光检查、检验、装配。

3. 零件的加工难点及解决的方案

1）车加工难点。

（1）基准面A的加工

零件的基准Ａ非完全连续的平面，在基准A上需铣加工花边，钻孔，攻丝，因此增加了基准A的加工难度。并且由于断屑加工，基准Ａ的粗糙度平面度要完全合格比较困难。

针对该情况，采用先将基准Ａ加工到上公差，然后对基准Ａ端面进行铣加工花边，钻孔等工序。最后再精车大小端之前再将基准Ａ磨加工到中差。保证设计图要求。

（2）加工刀具及走刀路线选择

收集相关资料对于INCO 625材料首选肯纳CNMG120408MS KC5510四刃刀片，根据现场试刀，吃刀量2～3mm，转速20～30 r/min；进给量F=0.1~0.2mm加工刀具磨损较小，加工效率相对较高。难加工材料、薄壁零件去除大余量用斜线刀具路径，防止刀具磨损切入零件、解决断屑切削造成刀具加速磨损问题，节约刀具成本、增强切削刚性。

（3）小端型面加工

由于零件结构的特殊性，大端及小端全部为圆弧型面，端面面积很小，不可以作为基准面支撑。为了保证小端内型0.152的轮廓度合格，需要找到一种既方便加工，又可以保证设计图要求的尺寸合格的装夹方式 。现采取使用内型端面支撑的方式装夹，该方式的优势在于支撑面积大于其他装夹方式，增强了零件的刚性，很大减小了零件的受切削力变形，并减少零件装夹时间，提高效率。

2）零件的装夹

零件的装夹困难很大，由于上下端端面没有自然可以使用的支撑端面以及压紧位置，经过研究并与工装厂的设计人员沟通，使用预留的施工台增加零件支撑面积，并采用双定位夹具提高零件支撑稳定性，保证加工刚性合格。根据该装夹思路，零件在粗车和精车阶段均使用施工台加双定位的方式装夹零件，通过车或磨加工的方式，将基准面加工至双定位尺寸保证良好的平面度，反复精车大小端。最后精车小端工序，由于大端施工台已经在上工序去掉，因此使用内型端面作为支撑面，在尽量减少工人操作的前提下利用铣加工的孔压紧零件，做到了零件支撑稳定性刚性好且装夹方便。

3) 电子束焊接易错边，焊接合格率低

该组件由两个子件焊接而成，焊接过程中存在热量，导致零件变形，一旦出现错边零件焊接就会出现缺陷，经过团队查阅相关资料，采取留有装配止口的方式进行电子束焊接，通过子零件留有焊接止口，电子束焊接前将子件进行止口装配，有效防止零件焊接过程中变形，同时又具备电子自动焊接条件，焊缝均匀美观且合格率高。

4) 螺纹加工

该零件要求最小有效螺纹长度为10.922，螺纹较深，加工时采用机床引2～3扣，钳工攻丝时出现螺纹垂直度问题、螺纹孔位置度保证问题，攻丝攻不动、丝锥消耗大等问题，为解决此问题，通过查阅相关资料，采用螺纹铣刀通过数控程序铣削形成螺纹，此加工方案不仅效率高，精度高，成本低，相同螺距可以互用，降低人工劳动强度，不受结构限制，不受材料限制，有效解决螺纹垂直度问题、螺纹孔位置度保证问题，攻丝攻不动、丝锥消耗大等问题。

5) 装配

最后需要将９个螺栓装入螺栓孔中。螺栓带有止动键，装入之前需要将螺纹中冲出键槽，然后再将螺栓对着之前冲出来的位置拧进去，最终使用专用工装将键敲进键槽中。

我们遇到的最大问题是螺栓装入之后有晃动情况，经过仔细排查，找到了问题的症结——冲出的键槽过大。虽然键槽的宽度没有问题，但是在直径方向有间隙以后同样导致螺栓锁紧不合格，产生晃动。最后经过改进冲头工具，使冲头直径偏小，这样能使螺柱的键槽装配后直径方向有过盈量，顺利解决装入后螺栓晃动问题，成功完成装配。

4. 结束语

尽管零件整个试制过程遇到很多棘手和未预料到的问题，但通过整个试制团队组大家的智慧和艰辛，零件顺利交付，并给同类零件积累了丰富加工经验，针对不同材料采用不同的刀具，尤其是装夹方式的突破，在后续批量生产中，我们将探索更加先进的工艺及加工方法，提高生产效率，进一步完善工艺规范，让产品质量更加稳定。

参考文献

[1]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M] 北京：机械工艺出版社，2002.

[2]张玉峰.薄壁环形件加工工艺方法的探讨. 贵州遵义：机械工程师，2008.