姜海兵+楊宏兵

摘 要：文章充分考慮了鎳基高溫合金薄壁大孔加工的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在保證加工質(zhì)量的前提下，嘗試新的孔加工工藝，從而獲得一種生產(chǎn)效率高、加工成本低的鎳基高溫合金薄壁大孔加工工藝。

關(guān)鍵詞：鎳基高溫合金；大孔；工藝改進(jìn)

中圖分類號(hào)：F407.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）26-0055-02

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的典型代表。其零件的整體化、結(jié)構(gòu)化、輕量化是提高發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)比的重要設(shè)計(jì)特性之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體薄壁件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雖然整體剛度很高，但是切削過程中局部剛度相對(duì)較低；另外，數(shù)控銑削加工中極易產(chǎn)生工件變形和切削振動(dòng)，造成整體薄壁零件加工效率和加工精度低，很難達(dá)到工件質(zhì)量要求，該問題已成為影響與制約薄壁件加工質(zhì)量的主要因素。

某航空發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形薄壁件，在加工中心對(duì)該零件進(jìn)行大孔加工。由于該零件加工大孔時(shí)剛性差，易變形，生產(chǎn)效率低，成本高，不能達(dá)到工廠的質(zhì)量和成本目標(biāo)。本文在認(rèn)真分析該薄壁零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和大孔加工要求的前提下，對(duì)該薄壁零件的大孔加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 鎳基高溫合金薄壁零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工藝分析

某薄殼類環(huán)形零件材料為Inco 718，工件的外徑約為600mm，平均壁厚為2mm，工件上均布20個(gè)直徑為70mm的大孔。大孔的直徑公差為70+/-.15mm，工件平面度要求為0.2mm。

2 原有大孔加工工藝分析

原有的加工工藝為：

（1）用SANDVIK的880系列磚頭880-D0690V80-03搭載刀片880-06 04 W08H-P-LM 4344和880-06 04 06H-C-LM 1044粗鉆底孔；

（2）用？覫12mm的銑刀對(duì)該大孔進(jìn)行精加工。

按照此工藝加工，工件在機(jī)加工完成后產(chǎn)生了嚴(yán)重的變形。工件的平面度由加工前的.05mm猛增至0.45mm，導(dǎo)致工件超出藍(lán)圖要求，不能達(dá)到生產(chǎn)要求。由于該零件是鎳基合金薄壁件，？覫69mm的880鉆頭加工時(shí)，產(chǎn)生的刀具軸向力較大，使用該刀具加工時(shí)導(dǎo)致了工件的變形。

3 改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)

由于之前的工藝缺點(diǎn)非常明顯，產(chǎn)生變形的因素也已經(jīng)確定。所以，后續(xù)的工藝改進(jìn)方案主要是針對(duì)刀具的選用來進(jìn)行。

3.1 刀具方案制定

考慮到之前的工藝是使用刀具去除了大孔的所有余量，加工去除余量較多，刀具加工時(shí)產(chǎn)生的加工力量較大，而導(dǎo)致了加工后工件變形，工時(shí)較長(zhǎng)等問題。針對(duì)該問題，必須更換刀具，選用加工力量較小的刀具。由于該大孔的特征是孔徑大，但是深度較淺，我們嘗試將車床的槽刀片裝在銑床的刀柄上，用槽刀片將該大孔割出來，類似套料鉆的原理，只是刃口只有一個(gè)槽刀片。該方案的優(yōu)點(diǎn)是所有的刀柄均是標(biāo)準(zhǔn)件，不需要訂制非標(biāo)刀柄，該刀柄僅有一個(gè)刀片，雖然加工效率相對(duì)較低，但是加工時(shí)切削力較小，對(duì)工件的變形影響小。

在刀柄的配置方案中，我們選擇了SANDVIK的CoroCut 1-2端面切槽切削頭570-32L123P15B068A，CoroBore 825精鏜單元S20-R825SL32 020，CoromantCapto 鏜削接桿C6-R825S20-150 068，NMTB-CoromantCapto 接柄C6-A390.45-50 040。端面切槽切削頭加工的軸向槽最小內(nèi)徑為68mm，軸向槽最大外徑為98mm，所以該端面切槽切削頭不需要進(jìn)行額外修磨即可加工我們？覫70mm的大孔。CoroBore 825精鏜單元配合CoromantCapto 鏜削接桿可以將端面切槽切削頭在直徑方向調(diào)整至合適的尺寸，以達(dá)到刀柄旋轉(zhuǎn)后刀片的回轉(zhuǎn)直徑是我們所需的尺寸。該刀具方案的組裝圖如圖1。

3.2 加工工藝制定

由于使用槽刀加工，在最后的切斷瞬間，槽刀切斷的中心圓柱體材料如果不受固定，會(huì)擠壓槽刀片，從而導(dǎo)致刀片崩斷。所以，我們需要在切斷前固定住該殘余材料。我們采取的方案是在大孔中心鉆一個(gè)？覫13mm的孔，然后用M12的螺栓將工件與夾具鎖緊。這樣就避免割斷后，殘余材料擠壓刀片。

所以優(yōu)化后的工藝如下：

第1步，用？覫13mm的鉆頭在大孔中心鉆一個(gè)孔。

第2步，在每個(gè)大孔的中間增加M12螺絲鎖緊工件。

第3步，用割槽刀對(duì)大孔進(jìn)行割斷加工。

第4步，割斷后，松開螺絲，取出中間的加工后殘余材料。

第5步，用？覫12mm的銑刀進(jìn)行精加工。

3.3 變形測(cè)量

新工藝加工完一件工件后，工件A基準(zhǔn)的平面度由加工前的.05mm微變至.12mm，在可控范圍之內(nèi)。繼續(xù)加工小批量的零件，工件的平面度范圍在.10mm- .15mm。

4 生產(chǎn)效率與成本分析

4.1 生產(chǎn)效率分析該薄壁大孔零件的加工工藝和工裝夾具改進(jìn)設(shè)計(jì)后，我們可以對(duì)比下前后工藝的加工時(shí)間。

改進(jìn)前：

鉆一個(gè)？覫69mm孔的時(shí)間為100秒

精銑？覫70mm孔的時(shí)間為73秒

總加工時(shí)間為173秒

改進(jìn)后：

鉆一個(gè)？覫13mm孔的時(shí)間為8.4秒

鎖緊一個(gè)M12的螺栓時(shí)間為5秒

用槽刀割斷大孔的時(shí)間為37.7秒

松開一個(gè)M12的螺栓并取出中間的加工殘余材料的時(shí)間為10秒

精銑？覫70mm孔的時(shí)間為73秒

總加工時(shí)間為134秒

比較前后的工藝，改進(jìn)后的工藝加工工時(shí)明顯縮短，每個(gè)孔的加工可以節(jié)約39s，一圈20個(gè)孔，一共可以節(jié)約780s，即13min，加工中心每小時(shí)300元的費(fèi)用，僅僅工時(shí)方面每一件可以節(jié)約65元。如果單純從工時(shí)角度考慮，我們改進(jìn)后的工藝可以明顯節(jié)約工時(shí)。但是改進(jìn)后的工藝也有缺點(diǎn)，增加了機(jī)床停頓與員工的手動(dòng)操作，加重了員工的操作負(fù)荷。需要員工在機(jī)床停頓的時(shí)候，及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)操作，如果員工不及時(shí)操作，會(huì)產(chǎn)生機(jī)床停頓。

4.2 刀具成本分析

刀具費(fèi)用：（每把刀具的費(fèi)用*刀具用量）

改進(jìn)前的工藝刀具費(fèi)用：

880刀片：（90+90）*.5=90元

？覫12mm硬質(zhì)合金銑刀（可修磨2次）：100元

改進(jìn)前刀具費(fèi)用：190元

改進(jìn)后的工藝刀具費(fèi)用：

N123刀片：120*.5=60元

？覫13mm硬質(zhì)合金鉆頭（可修磨5次以上）：200*.1=20元

？覫12mm硬質(zhì)合金銑刀（可修磨2次）：100元

改進(jìn)后刀具費(fèi)用：180元

由于增加了？覫13mm硬質(zhì)合金鉆頭，改進(jìn)后的方案的刀具數(shù)量有所增加，但是刀具總的費(fèi)用并沒有增加，反而節(jié)約了10元。

4.3 質(zhì)量

新工藝可以將工件A基準(zhǔn)的平面度控制在.15mm左右，可以滿足圖紙要求。工件的首次通過率由老工藝的0%提升至100%，降低返工率。其減少的返工及報(bào)廢成本是巨大的金額。

5 結(jié)束語

本加工工藝的改進(jìn)充分考慮了所加工薄壁大孔類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在加工工藝遇到變形較大的問題時(shí)，選取具有創(chuàng)新性的刀具，將車床的槽刀通過SANDVIK的標(biāo)準(zhǔn)接口裝配在粗鏜刀桿上，實(shí)現(xiàn)了在銑床上使用槽刀的功能。由于新工藝?yán)貌鄣兜母顢?，金屬去除量少，刀具的切削力小，解決了工件變形的質(zhì)量問題。本次改進(jìn)的最大亮點(diǎn)還是使用了標(biāo)準(zhǔn)的槽刀桿在銑床上進(jìn)行端面槽加工，由于該方案選用了粗鏜刀刀桿，該刀桿的可調(diào)范圍很大，所以直徑范圍在40mm-150mm的槽和孔均可以使用該方案進(jìn)行加工。

參考文獻(xiàn)：

[1]王啟平.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

[2]李成武.高溫合金材料高精度薄壁盤環(huán)類零件加工變形控制研究[J].航空制造技術(shù)，2013（18）：88-92.

[3]邵芳.航空難加工材料螺旋銑孔專用刀具設(shè)計(jì)及開發(fā)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（6）：61-63.endprint