薄壁衬套车削研究论文（精选4篇）
薄壁衬套车削研究论文 篇1
前言
当今一个国家的航空技术是否发达已成为衡量一个国家科技水平、国防实力和综合实力的重要标志之一。而航空发动机制造技术又构成了其中最重要的一环, 可以说没有先进的制造技术, 就不能制造出先进的航空发动机。
从70年代开始, 在新型高推重比航空发动机中逐渐采用焊接整体机匣。基结构为薄壁筒状、锥状环形件。材料为钛合金、不锈钢、高温耐热合金等。前轴承机匣是发动机机械加工中结构复杂、加工周期长、技术要求高、加工难度大的典型零件。该机匣毛坯材料为钛合金, 牌号为TC4。其零件最大外径Ф340mm, 最小壁厚2~3mm, 尺寸精度在0.04~0.05mm, 垂直度在Ф0.01mm~Ф0.02 mm, 同轴度在Ф0.01mm~Ф0.02 mm, 平行度0.02mm, 圆度和圆柱度分别为0.007 mm、0.01 mm。鉴于以上技术要求给加工带来了相当大的难度。
1 零件结构
前轴承机匣是发动机的主要承力部件, 结构如图1所示, 其毛坯为等温自由锻件, 其零件最大外径Ф340mm, 最小壁厚2~3mm, 尺寸精度在0.04~0.05mm, 垂直度在Ф0.01mm~Ф0.02mm, 同轴度在Ф0.01mm~Ф0.02mm, 平行度0.02mm, 圆度和圆柱度分别为0.007mm、0.01mm。
2 零件选材及加工特点
环形机匣的材料通常选用铝镁合金、不锈钢、高温合金和钛合金等。
根据前轴承机匣在工作中的使用要求, 设计选材为TC4, 此材料属于钛合金。TC4是国外为了改善钛合金的高温性能, 以扩大钛合金在喷气发动机上的使用范围而发展起来的一种α+β型或近α型, 也有称“超α”型的钛合金。其化学成分和力学性能见表1、表2
TC4合金中的β含量不大, 所以热处理强化的潜力也不大, 同时该材料在固熔时效状态的蠕变强度比双重退火或三重退火状态的要低。因此推荐该合金的热处理制度为:970℃±10℃保温1h, 空冷;590℃±10℃保温8h, 空冷。同时, 推荐该合金的锻造温度应在β转变温度以下。为了获得最佳的蠕变性能并相应损失一些塑性时推荐β锻造或改型的β锻造。
钛合金的加工特点:
⑴切削变形系数小于1或接近于1, 这是钛合金加工时的一个显著特点, 因此切削在前刀面上滑动摩擦的路程增大, 加速刀具磨损。
⑵切削温度在相同的切削条件下, 钛合金比45号钢高出一倍以上。主要是由于钛合金和导热系数低、导热性差, 使切削热积于切削刃附近的小面积内不易散发所引起的。
⑶钛合金化学活性大, 易与各种杂质产生强烈的化学反应, 导致零件表面层的硬度及脆性上升。
⑷黏刀现象严重。这是由于钛的亲和性大, 当切削温度高时, 在切削的作用下, 钛屑及被加工表面与刀具材料咬合, 产生严重的黏刀现象。
⑸由于钛合金的弹性模量小, 被加工零件容易产生较大的弹性变形, 被加工表面会产生较大的回弹, 因此切削时刀具的实际后角减少, 增加了零件与后刀面的摩擦。加速了刀具磨损, 同时被加工表面精度不易保证。
3 前轴承机匣的车加工
内表面、外表面和端面是构成机匣壳体的基本表面, 车削内外圆和端面的方法很多, 难易程度也各个不相同, 主要由于被加工零件的形状、结构、精度、表面粗糙度不同而决定的。但对于薄壁焊接环形机匣来说车削较困难。要想车加工出符合设计要求的机匣, 就必须采取一定的技术措施。
该机匣材料选用钛合金, 根据加工特点车加工分粗车、半精车和精车, 其次加工前根据切削材料选择刀具、切削参数。
3.1 前轴承机匣壳体的粗车
前轴承机匣壳体的粗车可选用普通的卧式车床、四爪卡盘, 刀具可选用普通的外圆车刀。
刀具材料可选用W2Mo9Cr4VCo8 (M42) 、YG8、YG10H、YW1、YW2等。
切削参数:切削速度50~60m/min, 进给量0.3~0.4mm/r, 切削深度为1~5mm。
3.2 前轴承机匣壳体的半精车
机匣焊接后有残余内应力, 机匣是薄壁件, 容易产生变形, 所以必须采取工艺措施, 保证加工精度。
3.2.1对焊接件在车加工前进行消除应力的热处理。
3.2.2薄壁机匣的夹紧部位应尽量避开薄弱的部位, 以防止夹紧变形。
半精车可选择立式车床或卧式车床, 切削参数可选择:切削深度为0.5~1.0mm, 进给量0.25~0.3mm/r, 切削速度60~70m/min, 刀具材料可选用YG8、TY15, 刀具的几何角度可选用普通的45°、90°外圆车刀及带R的专用车刀。
半精车时, 首先修复端面, 平面度在0.05mm以内, 表面粗糙度为Ra1.60μm。车加工前、后端面及内外表面时, 以加工和修复过的表面做定位基准, 找正焊接处的内圆及小端面跳动0.1max, 找正已加工过的表面跳动0.01max。依次加工两端面及内外表面, 各表面留精车余量单边0.5~1.5mm。端面表面粗糙度Ra1.60μm。
3.3 前轴承机匣壳体的精车
精车各表面时车削去的余量应均匀, 以便保持零件各轴向尺寸有均匀的余量。在车削端面和内外圆时容易产生锥度, 因此要求刀具有较高的尺磨质量, 并使用冷却润滑液进行冷却。精车安装边及内外表面时, 设备可选用普通卧式车床, 刀具的材料可选用YG8、TY15等, 刀具的几何尺寸可选用普通45°、90°车刀。
车削参数:切削速度70~80m/min, 切削深度为0.2~0.5mm, 进给量0.25~0.3mm/r。
3.4 螺纹的车削加工
前轴承机匣壳体内表面的螺纹在发动机装配中主要起锁紧作用。
螺纹的车削尺寸:
根据不同的零件要求, 确定螺纹的尺寸及表面粗糙度。螺纹尺寸如下:
t=0.5~0.6, h=0.1~0.2, α=60°
t=0.3~0.5, h=0.1~0.15, α=60°
t=0.3~0.4, h=0.3~0.4, α=35°
t=0.8~1, h=0.6~0.8, α=35°
螺纹表面比较粗糙, Ra值一般大于12.5μm, 表面质量通常按标准件验收。
车削螺纹的刀具:
合理的选择车刀的角度, 保证螺纹槽表面既不掉螺纹, 又能达到表面粗糙度的要求, 这是车削螺纹最关键的问题。例如:车削不锈钢用的螺纹车刀, 可选择YG8材料的车刀, 车刀的几何角度可选择前角为0°~15°, 后角5°~6°。
车削螺纹的切削参数:
车削螺纹槽的切削尝试按螺纹槽的高度选取, 进给量按螺纹距选取, 切削速度可按不同的金属材料选择。
车削螺纹容易产生的问题:
⑴车削螺纹槽过程中, 容易产生螺纹槽表面光滑, 表面粗糙度Ra值小于12.5μm。这是因车刀后角前角过大, 刀具过于锋利, 应修磨车刀的后角与前角。
⑵在车削过程中, 有时发现螺纹槽表面有掉螺纹的现象, 这是因为刀尖角过大或螺距选择过小, 而切削深度过大。这时应在图纸规定的范围内减小刀尖角或增大螺距, 减小切削深度。
4 试验结果检查
通过加工顺序的调整后, 测得的数据表3。
从上面数据看出, 通过加工顺序的调整、刀具正确的选择以及切削参数的优化, 技术要求得到有有效控制, 达到了图纸要求。
5 结束语
文章通过对传统的机匣加工工艺进行分析, 通过调整加工方式, 以及对刀具的优化, 调整走刀路线等一系列新技术, 在增强了机匣的车削技术的同时也使得加工成本有了很大程序的降低。特别是机匣的车削技术在复杂的整体环形机匣上得到了应用, 且积累了许多宝贵经验。对提高产品质量大有益处, 并在产品质量以及表面平整度上也比以前的工艺有所提高, 而且也极大程度的降低了机匣加工的成本。
参考文献
[1]王爱玲等.机匣制造技术[M].国防工业出版社.[1]王爱玲等.机匣制造技术[M].国防工业出版社.
[2]中国航空材料手册.编委会编写中国航空材料手册第4卷[2]中国航空材料手册.编委会编写中国航空材料手册第4卷
车削薄壁外圆零件夹具 篇2
下面我以公司空分压缩机减荷阀部件说明。其零件主要尺寸见图1。
其外圆的表面粗糙度值较低, 精度要求较高, 为保证车削后能达到图样设计要求, 我设计了一套撤销夹具如图2所示。
该夹具由夹具体2、定位板4、紧顶螺钉5等组成。夹具体和定位板与工件阀板接触的端面均刻深1mm, 宽2mm间隔为20mm的菱形网状沟槽, 如图3所示, 以增大摩擦力。
加工前, 先用三爪自定心卡盘夹住夹具体, 用百分表调整好夹具体大外圆的跳动量、夹紧, 将定位板通过60°内锥孔, 贴装车床尾架回转顶针上, 并用紧固螺钉压住在回转顶针外圆柱上, 然后将阀板贴靠在夹具体端面上, 推动回转顶针, 通过定位板斜面贴靠在阀板另一面, 略松紧定螺钉, 使夹具体与定位板通过阀板面面接触完全。回转顶
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一种薄壁零件的车削加工分析 篇3
1 零件举例及装夹方式
零件的加工精度是指加工后零件表面的实际尺寸、形状、位置等几何参数与所要求的理想几何参数的符合程度,影响零件加工精度的因素主要取决于由机床、夹具、刀具和工件构成的工艺系统的几何误差、受力热变形和工件残余应力引起的误差。
图1给出了该零件的外形尺寸,所用材料为45号钢,壁厚40+0.1mm。加工时要求该零件的SR60的面轮廓度在一定的误差范围内。若使用常规的三爪卡盘夹持外圆的装夹方法来加工,由于该零件较薄,刚性较差,车削受力点与夹紧力作用点相对较远,车削SR60时将引起较大的抖动,严重影响加工表面的几何精度和形位精度。为提高产品质量,我们从工件的装夹方式及工艺规程等方面进行研究,有效地克服了薄壁件加工过程中出现的变形,从而保证了加工精度的要求。
薄壁零件的内外圆直径差很小,刚度、强度较弱。使用常规的三爪卡盘夹持,零件与卡盘爪为点接触,易在接触点处产生应力集中,使得零件在未加工前就存在变形,在车削时可能使零件松动而达不到质量要求。我们在研究中,将三爪卡盘与工件的点接触夹持转换为面接触夹持,把三爪卡盘的爪设计为与零件的外圆直径一致的柱面,以增大与工件的接触面积,从而使工件受力均匀,如图2示。夹紧位置选在零件刚性较好的部位,以减小在夹紧力作用下薄壁零件的变形;同时在粗车时夹紧一些,防止加工过程中工件发生松动,精车时夹松些以控制零件的变形量。
2 零件工艺规程分析
1)走刀路线的选择参见图1,在车削SR60的圆弧面时常规的走刀路线为从D到B或者从B到D,一次性车削完成。然而对于此薄壁零件,将引起较大的抖动,容易产生较大的变形,严重影响加工表面的几何精度和形位精度。基于上述问题,我们采取了先从D位置车削到C位置,然后再从B位置车削到C位置,反过来车削亦可以。这样就大大减轻了零件的抖动,有效地克服了薄壁件加工过程中出现的变形,从而保证了加工精度的要求。
2)切削用量的选择最大限度降低切削加工时产生的切削力是改进加工工艺的关键。切削用量的合理选择决定了切削力的大小,如何优化切削用量成为切削加工的关键。该工件粗加工时,切削深度和进给量可以适当取大些;精加工时,切削深度控制在0.2~0.25mm,进给量选择在0.1mm/r,切削速度选择在100~110mm/s。
3)刀具几何参数的选择在薄壁零件的车削中,合理的刀具几何角度对车削时切削力的大小,车削中产生的热变形、工件表面的微观质量都是至关重要的。一般车削钢件材料的薄壁零件时,用硬质合金刀具,前角取5°~20°;刀具主偏角对轴向切削力影响较大,为减小切削力,选取了较大的主偏角,即75°~90°。
3 结论
通过对薄壁零件装夹方式、走刀工艺路线的改进,切削用量、刀具几何参数的合理选择,有效地增大了接触面,使工件受力更加均匀;较好的分散了加工残余应力,保证了工件SR60的面轮廓度,从而保证了零件的精度要求。
摘要：针对薄壁零件的刚性差,切削加工中夹紧力难控制、零件易变形的问题,通过优化装夹方式、走刀路线、切削参数等工艺参数,可以减少薄壁零件车削中的变形,从而保证加工精度。
关键词：薄壁零件,装夹,工艺,切削变形
参考文献
[1]张振文.实用车工速查手册[M].石家庄:河北科技出版社,2002.
[2]刘存祥.车工实用技术[M].郑州:河南科学技术出版社,2001.
薄壁管件内胀式车削工装设计 篇4
薄壁管件在机械加工中定位难度大, 装夹、加工变形严重, 要保证高的加工精度在机械加工领域中是一项难题。 主要有以下难题:
( 1) 工件弹性模量较小
由于弹性模量小, 在外力 ( 切削力和夹紧力) 的作用下, 容易产生较大的弹性变形, 使工件很难获得较高的加工精度, 并且加工过程中会引起已加工表面和刀具后刀面之间的剧烈摩擦, 从而加快刀具的磨损并引起振动, 在工件壁厚很薄的情况下表现更加明显。
( 2) 易产生振动
在交变切削力 ( 特别是径向切削力) 的作用下薄壁管件容易产生受迫振动和自激振动, 当振动频率与薄壁筒类零件的固有频率接近时, 会产生不利于加工的共振现象, 在被加工表面留下振动痕迹, 影响工件的表面粗糙度和尺寸精度。
有一种薄壁类零件筒体厚度约为0.50mm, 在自然状态下呈不规则的椭圆状, 设计需在该筒体中部加工厚度为0.20mm的环形带, 装夹定位难度非常大, 无法采用常用方法设计专用夹具, 需要针对零件特点设计专门的夹具, 来解决零件加工过程装夹的难题。 针对加工中出现的上述问题, 开展了薄壁管件的加工工艺研究, 首先进行内胀式车削工装的研制。
1 加工工艺分析
该零件原工艺中采用磨削加工的方法加工中间超薄壁部位, 工件表面质量直接由砂轮修磨后的砂轮表面质量决定, 同时成型磨削力较大, 引起的磨削热易使工件产生变形、烧伤等。
同时由于薄壁管件硬度低和刚性差, 导致加工过程中受切削力的影响易产生较大的变形, 因此提高零件质量就要从这些方面入手。 可通过以下措施优化薄壁管件的加工工艺:
1.1 合理选择切削参数
在零件刚度一定的情况下, 可以通过减小切削力来减少零件的变形。切削力的大小与背吃刀量、进给量大小成正比关系, 可减少进给量和背吃刀量来减小切削力, 从而减少工件的变形, 提高加工精度。
1.2 合理选择刀具
切削加工中, 切削力的大小将直接影响薄壁管类零件的变形情况。因此, 可通过选择合理的刀具几何参数来尽量减少加工时的切削力。选择时应主要考虑以下几个方面:为减少工件的弯曲方向的变形, 刀具的主偏角应选择较大的, 以减少径向切削分力;为减少切削力, 应选择较大前角的;刀具安装时, 应保证略高于工件中心线, 使刀具后刀面与工件表面轻微接触, 以利于减小工件切削时产生的振动, 提高切削过程的平稳性, 从而保证加工尺寸精度和表面质量。
1.3 合理的设计装夹方式
薄壁管件加工时装夹方式的选择尤其重要, 选择合理的装夹方式, 可有效的减少工件装夹变形及在切削加工时受切削力引起的变形, 常规的薄壁管件装夹均采用芯轴法。 即在加工外径时, 根据薄壁管件内径尺寸, 设计一种内撑的芯轴, 与薄壁管件内腔形成配合, 在加工外圆时起到支撑作用, 同理加工内腔时, 则根据外径尺寸设计一种套筒, 包裹在工件外部, 加工内径时起到支撑作用。 这种工装的缺点是, 芯轴 ( 套筒) 配合部位的尺寸是固定的, 当工件尺寸在公差范围内有变化时, 较难保证设计工装时要求的配合间隙, 针对这一问题, 本文创新的设计出了一种, 装夹部位尺寸可以微调, 从而保证配合间隙的夹具, 下面进行详细介绍。
综合考虑磨削加工和车削加工的切削机理异同点, 采用数控车削的加工方法可有效去除传统磨削加工带来的热烧伤加工缺陷。因而工艺考虑使用现有高精度数控车床, 解决磨削加工工艺容易烧伤薄壁管件的问题;并且配合薄壁管件车削工艺, 设计精密内胀式专用夹紧装置解决超薄件壁件加工定位难、工件容易因装夹产生变形的问题;并通过系统试验, 寻找到通过有效途径控制涨紧力的方法, 减小由于涨紧力过大或者过小引起的变形。
2 内胀式车削工装的结构设计
对于薄壁管件, 夹紧力、车削力对工件成型精度 ( 包括:尺寸、圆度、表面粗糙度等) 影响很敏感。为了保证薄壁管件较高的加工定位精度, 并尽量减小工件装夹时的变形, 创新的研究设计整圆式定位涨紧的方式, 避免在加工中出现车漏, 定位准确度低, 装夹工件变形大的问题, 同时设计芯轴为两端加工高精度的带护锥的加长中心孔, 车削加工时, 工装在机床上采用两端顶住中心孔的方式装夹, 以提高芯轴本身在机床上的定位精度。
内胀式车削工装的是设计原理是是利用胀套径向的变形量对工件进行胀紧, 保证与每个工件都能有合理的配合间隙, 并对工件产生胀紧力。 胀紧力作用在工件与胀套之间, 并产生摩擦力, 大于切削力时, 加工中使工件与芯轴保持一体状态, 在车床上进行旋转, 以保证车削加工的可靠性。 如图1, 工装主要由压紧垫、圆螺母、芯轴、锥度芯轴、胀套等组成, 其中芯轴两端加工有顶尖孔, 用来将工装装夹在机床上。 胀套装初工件为间隙配合, 锥度芯轴外圆与胀套锥度内圆为锥面配合, 当胀套固定不动时, 在外力作用下, 移动锥度芯轴组件, 使胀套在径向发生弹性变形, 将工件涨紧。此微小的调整量, 利于不同工件内径尺寸有微小不同时, 该工装仍能保证合理的配合间隙, 从而保证加工质量。
为保证加工精度, 设计胀套与工件加工部位为整圆式完全接触保证绝大部分工件与工装能够配合紧密, 结构如图2, 选用尼龙作为胀套的材料, 弹性好, 可保证每次胀紧量。
3 胀紧力的控制
胀紧力太大易使工件产生变形, 影响加工精度, 太小, 不能满足夹紧要求, 胀紧力控制的难点是在装配过程中实际胀紧力是无法测量的, 只能间接控制涨紧力。 结构设计时考虑在轴向施加外力, 使锥度芯轴与胀套作相对移动, 设计通过控制轴向移动量的方法达到控制径向变形量, 从而控制涨紧力的大小。
4 结论
a.通过工艺技术分析, 研究设计的内胀式车削工装, 解决了薄壁件定位与夹紧难题, 同时通过控制胀紧力, 减小了工件的夹紧变形和加工变形;
b.研究设计的内胀式车削工装已成功应用到我院的产品试制中。
摘要：本文针对某一设备上的关键零件, 设计为一种薄壁管件结构形式, 壁厚较薄, 加工过程中在交变切削力 (特别是径向切削力) 的作用下薄壁筒类零件容易变形和产生振动, 因而很难控制其加工精度。为了进一步保证其加工精度, 进行了车削工艺分析, 针对薄壁管件容易装夹变形, 在车削加工中也容易受力变形的难题, 研制高精度内胀式车削工装, 解决了薄壁管件车削加工中出现的技术难题。
关键词：薄壁管件,内胀式车削工装,设计
参考文献
[1]机械工程手册, 第8卷, 机械制造工艺 (二) [M].机械工业出版社.