高温合金零件工艺研究

高温合金零件工艺研究（精选11篇）

高温合金零件工艺研究 篇1

0 引言

随着现代制造技术的发展, 航空航天、高铁、核设施等大型设备相继出现。这些设备有高速、重载、长时间运行的特点, 零部件工作环境恶劣、复杂, 但又往往对安全有着极端的要求, 这对关键部件的疲劳寿命和可靠性的要求愈来愈高, 工件的疲劳寿命与加工表面的残余应力状态有重要的关系, 残余压应力能抑制工件疲劳破坏, 延长疲劳寿命, 残余拉应力则相反, 会加速疲劳破坏的出现[1]。

本文针对航天发动机低温阀门中的某个铝合金试件, 设计相关的实验步骤, 采用对试件进行深冷处理释放其残余应力方法, 在采集相关实验数据的基础上进行分析, 得到经过不同处深冷理工艺的测试零件残余应力大小, 提出有效释放机械加工残余应力的处理方法, 针对铝合金件深冷处理后残余应力随处理循环次数的演化规律开展相应的试验研究。

1 试件形状及测试位置

铝合金件的形状和测试位置见图1。其中轴向与切向为正应力测量方向。从5个试件中随机抽取2个, 分别采用加拿大PROTO公司的LXRD组合式X射线应力分析仪, 荷兰PANalytical公司的EMPYREAN型X射线衍射仪对其进行应力测试。

2 深冷处理方式

2个铝合金件的深冷处理工艺相同:首先将工件浸入液氮中, 保持7 min;然后将其迅速转移至100℃沸水中, 保持7 min;将工件取出, 待1~2 min后工件表面残留热水完全挥发;再次将工件浸入液氮中, 如此反复。工件在液氮和沸水中完成一次“向上淬火”称为1个循环, 工件经过2、6和8次循环后测量其残余应力的数值。工件浸入液氮和沸水的方式为直接放入, 工件从接触液面到完全浸没时间不超过5 s。

3 试验结果分析

3.1 PROTO公司LXRD组合式X射线应力分析仪测试结果

X射线管采用Cr靶, 加速电压20 k V, 电流40 m A, 测试晶面为Al (311) , 139°峰位。图2 (a) 和图2 (b) 分别为应力仪和装卡在测试台上的工件照片。

图3给出了不同测试位置的切向正应力随循环次数的变化规律, 图3 (a) 为切向正应力, 图3 (b) 为应力值相对于原始应力值降幅。由图可知:切向应力经过2次循环后, 端点和1/2处位置的应力降幅均超过30%, 其中端点处应力幅值下降最大可达60%, 1/4位置处应力幅值下降最少约为12%, 应力幅值平均下降34%;当循环次数达6次时, 端点处和1/2处的应力值提高, 而1/4位置处的应力值降低, 所有位置的应力降幅均未超过30%;当恢复原来的浸入方式, 追加2次“向上淬火”循环次数后, 应力幅值再次下降, 其中端点和1/4处应力幅值下降超过30%, 应力幅值平均下降29%。

图4给出了不同测试位置的轴向正应力随循环次数的变化规律, 图4 (a) 为轴向正应力, 图4 (b) 为应力值相对于原始应力值降幅。由图可知, 除了1/4处位置应力降幅约为30%外, 其它位置的轴向正应力在深冷处理后没有发生明显改变。

对于圆筒形件, 影响其形状主要是切向应力, 轴向应力的变化主要导致工件尺寸轴向变化, 对工件形状影响不大。

3.2 荷兰PANalytical公司的EMPYREAN型X-射线衍射仪

为了印证应力仪测试结果的可靠性, 采用PANalytical公司配有残余应力测量附件的EMPYREAN型X射线衍射仪, 对另一个试件的残余应力随深冷处理循环次数的演化规律。图5 (a) 和图5 (b) 为衍射仪和装卡在测试台上的工件照片。X射线管采用Cu靶, 加速电压40 k V, 电流40 m A, Ni滤波片, 测试晶面为Al (311) 。

由于仪器装卡的要求, 仅仅对端面位置切向正应力数值进行了测量, 结果如图6所示。其中深冷处理前的应力状态为拉应力, 处理后为压应力, 由于本项目主要关心应力幅值的变化, 在图4中未区别拉应力和压应力, 仅给出应力绝对值。由图可知, 经过2次深冷循环后, 残余应力由原来234 MPa降至129 MPa, 降幅达45%;继续增加循环次数, 残余应力幅值基本不再变化。残余应力幅值变化规律基本与采用LXRD组合式X射线应力分析仪结果一致。

3.3 现有残余应力释放方法测试结果

目前所采用的热处理工艺为:液氮2 h→室温4 h→液氮2 h→室温4 h, 按照该处理方式进行材料热处理, 选取4个测量点如图7所示, 对处理前后的各向应力进行测量得到的结果如表1所示, 从中可以看出, 残余应力变化不大。

MPa

4 结语

通过对随机抽取的2个工件残余应力随深冷处理次数变化规律研究可知, 经过2次深冷循环处理后, 可以大幅降低工件的残余应力幅值, 增加处理次数不但不能继续降低残余应力幅值, 反而可能会增加应力值。

对于具有一定形状的工件, 组织应力可以通过深冷处理使其大幅降低, 并且最终达到一个较小的稳定值。工件浸入冷却和加热介质过程中, 各部位受到冷却和加热的先后顺序是不同的, 也就是说其热胀冷缩是不同步的, 结果就会导致工件发生宏观变形。不同的浸入方式产生的宏观变形是不同的, 导致不同部位叠加的变形应力值也是不同。

现有的残余应力释放方法为:液氮2 h-室温4 h-液氮2 h-室温4 h, 实验结果表明该方法不能明显消除应力, 应该做出改进。由于浸入方式对工件变形应力有很大影响, 实际浸入方式可以有很多种, 仅靠试验测量工作量极大, 最好采用有限元软件对不同浸入方式产生的变形应力进行模拟分析, 从中选出最佳的工艺方案。

为了消除工件变形的影响, 获得组织应力随深冷处理工艺参数的变化规律, 最好采用平面小试样。最后将模拟获得的变形应力与组织应力相叠加就能预测工件内部的应力分布, 获得最佳工艺方案。

摘要：文中针对航天发动机低温阀门中的某个铝合金零件, 采用深冷处理方法, 进行了释放机械加工残余应力的实验研究。

关键词：深冷处理,残余应力,应力测试

参考文献

[1]覃孟扬.基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D].广州:华南理工大学, 2012.

[2]刘晓红.残余应力应变释放系数的有限元分析[J].机械设计与制造, 2011 (5) :9-11.

[3]王秋成.航空铝合金残余应力消除及评估技术研究[D].杭州:浙江大学, 2003.

[4]何家文, 李家宝.残余应力研究概况[J].国际学术动态, 1998 (2) :75-76.

高温合金零件工艺研究 篇2

进行了高强钛合金Ti17 TIG焊接接头力学性能测试.结果表明,Ti17焊缝为针状组织,硬度低于母材;HAZ组织明显长大,硬度高于母材.接头拉伸时为韧性断裂,接头延伸率比母材高,接头拉伸强度达到母材的75%.

作 者：周世明 Zhou Shiming  作者单位：中国人民解放军第四八零八工厂 刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(3) 分类号：V2 关键词：Ti17合金   TIG焊   接头性能  

扭力管零件收口加工工艺研究 篇3

关键词：模锻收口；收口模；校正

中图分类号：TH131.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0011-01

1 零件结构工艺性的分析

扭力管零件是飞机操纵系统控制组件中重要零件之一，该扭力管材料为YL12，零件长度1 010 mm，外圆φ41.5 mm，内孔呈多个台阶孔，内孔尺寸公差较大。两端内孔直径较小，最小壁厚4.1 mm，如图1所示。该零件由于长度大，且两端孔口小，常规切削完成深孔加工难度极大。经进一步分析研究，采用常规机加设备、收口机组合方式进行加工。

2 工艺流程的设计

2.1 收口前零件尺寸设计

按照零件外形及最小壁厚尺寸要求，依据收口机加工的零件尺寸变化经验，考虑加工保险系数，壁厚按L+0.2确定零件收口前各壁厚尺寸。该外圆尺寸由车削加工完成，内孔使用钻头、锪钻进行加工，采用先钻孔、再锪孔加工完成，如图2所示。

2.2 收口零件尺寸设计

收口系数：K=d/D0

多工序总收口系数：Kz=dn/D0=41.5/46=0.922

工序收口系数：Kzg=d1/D0=d2/d1=d2/d1==dn/Dn-1

每次收压后材料表层回产生冷作硬化，影响下一次收压，为降低收压难度，每次收压后进行一次退火，目的是使材料软化，改善塑性和韧性，去除残余应力。零件收压全部完成后进行淬火及时效处理，达到设计技术要求。为避免零件由于收压弯曲变形造成零件收压壁厚不均及直线度超差，每次热处理后进行一次校正，保持零件直线度。收压后的零件表面呈鱼鳞状，表面粗糙度不能满足要求，且收压后零件表面有一定回弹量，需经过在车床上进行抛光，达到设计要求。

3 收口机及收口模具

收口机其工作原理是用收口模对扭力管外圆（毛坯为退火状态的铝合金管料）进行敲击使管径变小。

收口模由上下两模块组成，上下两块收口模对称安装在收口机上，收口模随机床主轴旋转，通过机上的凸轮结构使之上下两收口模块垂直机床轴线做上下（张开/闭合）反复运动，模块张开（离心力作用）和闭合（凸轮作用）的过程就完成对零件的敲击，使之外形收缩。由于收口机的主轴（安装收口模）的转速快，其上下模块的合模力较大，加之被加工零件除沿轴线作前移运动外，零件本身随机床主轴做旋转运动。

收口模的内形是按零件的外形设计，依照零件每次收压的尺寸设定。

此零件分四次收口，设计四尺寸规格收口模，内径尺寸D分别为φ44.5、φ43.5、φ42.5、φ41.5，如图3所示。

设计收口模时，适当选择锥度和上下模间距，端口锥度和上下模的距离的大小对每次收压量和进给量影响很大。

锥度大、上下模间距大，每次进给量就大，相对每次收压的量也很大。相反，进给量小，每次收压量也小，生产效率低。但锥度和上下模的距离过大，将影响零件表面粗糙度和产品质量。

4 结 语

通过对零件进行收口加工，加工出了合格产品，证明了该项零件工序安排合理，加工方法可行，解决了其深孔加工的难题，同时为类似零件加工提供了新的加工方法。

参考文献：

[1] 李洪.机械加工工艺手册[M].北京：北京出版社，1996.

[2] 航空工艺装备设计手册编写组.航空工艺装备设计手册——夹具手 册[M].北京：国防工业出版社，1979.

高温合金零件工艺研究 篇4

近年来,我国的经济建设步伐不断加快,各生产领域对于机械生产设备的需求量大幅增加,铝合金薄壁零件作为机械设备中的重要组成部件,对其加工工艺的要求也越来越高。而由于铝合金薄壁零件铸造壁较薄、结构较为复杂,大大增加了加工的难度。提升铝合金薄壁零件机械加工工艺水平,对于我国机械生产加工行业的持续发展具有重要意义。

1.铝合金薄壁零件的机械加工中的难点

1.1铝合金材料特性

因铝合金材料具备较强的粘附性、可塑性以及韧性,在机械操作人员对铝合金材料进行切削加工的过程中,刀刃上非常容易粘连上切屑,从而形成刀瘤。让切削刀之后的使用受到极大影响,大大降低了加工的效率。

1.2刚性不足

铝合金薄壁零件的刚性不足,在加工过程中,操作人员施加的力过大,极易导致零件变形。而在切削过程,切削刀会拉伸、扯断以及挤压铝合金材料表层的晶体颗粒使其发生位移现象,直接导致铝合金薄壁零件产生无法恢复的塑性变形。

1.3热变形

由于铝的膨胀系数(0.0000238)大约是钢的线膨胀系数(0.00001)的2.4倍,因而在操作人员进行切削加工的过程中产生的大量热量,会使得铝合金薄壁零件发生热变形。

1.4硬度不足

在机械加工过程中,经常会出现机械加工人员划伤加工面的现象,造成零件表面粗糙度不符合设备要求的问题。而造成这种问题的原因除了操作失误外,更重要的原因是铝合金薄壁零件所用材料硬度不足。

1.5薄度过小

部分铝合金薄壁零件的薄度过小,若机械加工人员使用数控机床进行加工操作,由于薄板本身就具备一定的弹力。在切削过程中与切削力相互作用下,容易使切削面发生振动,机械加工人员会很难控制零件的尺寸和厚度,并会增加零件表面的粗糙程度。

2.提升铝合金薄壁零件机械加工工艺水平的策略

2.1分析铝合金材料特性,优化机械加工基准选取

机械加工人员在进行零件加工操作前,需对铝合金材料的韧性、粘附性、相应的塑性以及应用环节加以分析,从而避免在加工过程中出现零件变形、表面划伤、刀瘤等现象,提升铝合金薄壁零件机械加工的效率与质量。同时机械加工人员需优化加工基准的选取,应尽可能地选取平整度、光洁度较好且面积较大的粗基准,并对其进行处理,使基准面更为平整。若发现粗基准存在毛刺、飞边、以及浇冒口材料等凸起部分,需及时地进行清理,在确认后期加工过程中能够进行准确定位后,将粗基准夹紧。

2.2注重机械粗加工过程

尺寸和表面粗糙度不精准的铝合金零件,难以达到高要求,所以要求机械加工人员在进行加工的时候,要对形状繁复的铝合金零件进行加工余量处理。

在加工铝合金材料时,铝合金材料会进行摩擦,从而使铝合金零件的表面晶粒出现错位变形以及硬化的现象。而产生的热量在切削中也会导致变形,使铝合金零件加工的尺寸之间出现误差,更有加工铝合金零件出现变形的状况。所以,针对以上出现的问题,加工人员可以使用铳刨加工方法,可运用进给量适当、切削深浅度以及转速不高的方法进行,保证加工的铝合金零件尺寸达到标准。而在进行复杂铝合金零件加工时,加工人员采用冷却液和镗床进行粗加工,不会出现切削热量影响加工精准度的现象。此外,对于特殊的较大壁厚度的铝合金零件,多采用低温热处的方法进行处理。热处理即将零件进行切削,使组织结构的精度发生变化,通过切削的作用,零件内有了应力值较大的残余应力。故运用低温退火方式处理零件变形,释放材料残余应力。

2.3注重精加工成型过程

机械加工人要使用精加工方法,达到加工零件精准尺寸和粗糙度符合设备的标准。在加工同时还应当注意融合铝合金材料的特性,选用设备零件精准度高的加工办法。在一般情况下,加工人员以数显铳床、镗床和加工中心为主要方法运用。在进行精加工时,要挑选切削速度不慢的设备弥补加工余量不足的铝合金材料。同时还应当注意选择粗刀杆的刀具,保证达到刀具的刚度要求,弥补切削中振动影响机械加工精度的问题。机械加工人员进行工件装夹的时候,不能出现缩减装夹次数过多的情况,最好能够一步到位定位成型,使得夹紧力降低,从而弥补人为因素带来的误差问题。

刃前产生高度的温度,切削虽然能够消散大量热量,但是由于铝合金熔点太低,会造成刃前区出现半融化情况,所以机械加工人员在切削过程中应当注意切削速度。切削速度不能过快,避免造成切削热量过大,热量不能及时消除的情况。机械加工人员可以使用有良好的润滑性、冷却性能好、粘稠度不高的切削液进行机械加工,避免出现加工零件在大量高温的影响,使得加工零件强度降低,铝合金零件出现凹凸现象。而好的润滑性、冷却性能好、粘稠度不高的切削液能降低切削热量,也能够使刀具润滑,还能够使零件变形问题得到大范围的解决。

2.4合理选择夹紧方法

铝合金薄壁零件有着刚度不足的缺陷,虽然已经铳平零件定位基准面,如果遇到施工过程中施加力度过大的情况,铝合金薄壁零件就会出现装夹变形的情况。

机械加工人员不想在机械加工后发生波两面和鼓型面的机械零件,想要使得铝合金薄壁零件达到符合机械设备的标准,就必须在加工机械零件前,设置安装专用支撑。一般情况下,专用支撑由调节螺杆和地板构成。机械架构人员可以利用高度调节螺杆,通过支撑力弥补铝合金薄壁零件的刚度不足问题。机械加工人员在进行机械加工的过程中,必须夹紧零件,堆成分布压板,以螺杆作为中心,保持作用点相同的夹紧力。如果出现夹紧力作用点分布不平衡,铝合金薄壁零件就会出现变形情况,加工零件预期数值和各个参数也会出现偏差,最终导致铝合金薄壁零件无法投入设备中进行正常使用。

3.结束语

铝合金薄壁零件的机械加工并不简单,在加工过程中常出现加工零件变形,这一现象的发生是由于多方面因素引起的。作为铝合金薄壁零件的加工,加工人员应当拥有熟练的专业知识和技能,提升自身的机械水平,保证机械加工质量,使得加工零件达到匹配机械设备的标准,能够正常运行机械设备。

摘要：随着我国机械生产加工行业的不断发展成熟,对铝合金薄壁零件的加工质量与效率提出了更高的标准和要求。本文主要针对铝合金薄壁零件机械加工的难点,提出了一些提升铝合金薄壁零件机械加工工艺水平的建议。

关键词：铝合金薄壁零件,机械加工工艺,优化策略

参考文献

[1]许小娟.基于铝合金薄壁零件的机械加工工艺分析[J].科技展望,2016,08:53-54.

高温合金零件工艺研究 篇5

关键词：机械加工；工艺；零件；加工精度；影响

中图分类号：TQ320.67+1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0122-02

随着科学技术水平的不断提高，零件加工行业的机械化水平逐渐提高，极大的促进了我国加工产业的发展。零件对精度的要求比较高，在零件加工的过程中出现一些细小的误差都会导致零件报废，增加加工企业的加工成本，而如果将精度不合格的零件应用在机械设备上，将有可能造成严重的安全事故，从而产生巨大的损失，这就要求加工企业对机械加工工艺进行严格的控制，以提高零件加工的精度。在机械加工当中，对零件加工精度造成影响的因素包括很多，下面本文就重点分析这些主要的影响因素，并针对这些影响因素提出几点应对措施。

1 机械加工工艺相关问题综述

所谓的机械加工工艺主要就是指通过机械化手段，利用相应的加工工艺方法对毛坯件进行加工，从而实现毛坯和零件相吻合目标的机械加工流程。机械加工工艺主要包括两个部分，即前期的生产过程以及后期的加工工艺过程，在这两个过程中都对加工工艺要求较高。一般的加工流程都是从粗加工到细加工进行的，粗加工就是对毛坯和零件进行大体的打磨，而细加工就是根据标准的要求制作出高精度的零件，实现毛坯和零件的高度吻合。在零件加工完成之后，需要对零件进行检验，将其中不符合精度要求的零件淘汰，将合格的零件进行包装。在零件加工的过程中，造成零件加工出现误差的原因包括很多方面，需要相关的技术人员对机械加工工艺流程进行严格的控制，并严格遵守零件加工的规范标准进行加工。

2 机械加工工艺对零件加工精度的影响

2.1 影响零件加工精度的内在因素

一般来说，影响零件加工精度的内在因素主要包括两个方面：一是工作人员在安装相关的机械设备时操作不规范引起的。另一个是机械加工中出现的几何精度误差导致的。内在因素对零件加工精度具有显著的影响，并且这种不利的影响还比较难以消除。在影响零件加工精度的内在因素当中，机械设备的几何精度误差是最重要的影响因素，如果机械设备本身就存在误差，那么一定会影响零件的加工精度。加工零件的机械设备多为大型的组合型设备，因此在加工零件之前需要对机械设备进行组装，而在组装的过程中，如果某两个组成部分的契合度较低，则会导致零件加工的精度不高。另外，在长期的加工过程中，机械设备各个组成部分之间会由于磨损而出现细小的裂缝，这也是影响零件加工精度的重要因素。

2.2 热变形因素

在零件加工的过程中，机械加工工艺影响零件精度的热变因素主要包括刀具热变、工件热变形、机床本身以及自身结构的热变形。在机械加工工艺过程中，刀具热变主要是指在使用相应的刀具对零件进行反复切割的过程中，由于摩擦会产生大量的热量，从而就有可能导致零件出现变形的情况，进而影响零件的精度；工件热变形主要发生在长度较长的零件加工当中，由于零件的长度较长，在加工的过程中会导致零件表面的温度升高，从而导致零件的内外温差增大，进而出现热变形；机床本身及其结构的热变形比较容易理解，主要是指机床在长期的运行中出现整体或部分的温度升高，在这种情况下，机床各个结构之间的契合度会出现不好的变化，从而对零件加工的精度和质量都产生十分不利的影响。

2.3 影响零件加工精度的受力因素

在零件加工的过程中，机械设备和零件之间一定会进行相互的接触，从而导致零件受到力的影响作用，但是这种外力作用并不在零件加工精度计算的范围之内，这就导致零件的加工出现误差。由于受力因素对零件精度的影响力度较小，所以往往不被零件生产部门所重视。这种看似微小的影响，在经过长期的积累之后，就会对零件的精度造成严重不利的影响。

3 提高机械加工工艺加工精度的措施

3.1 对机械加工工艺制造过程进行严格的控制

为了减少机械设备存在的几何精度误差对零件加工精度造成的不利影响，零件加工企业在选择加工机械设备时就需要进行认真的考察，选择良好的生产厂家，并对自己购买的机械设备进行严格的检验，重点检验机械设备本身存在的误差问题，然后选择最佳的机械设备。另外，如果对于已经投入使用的机械设备进行改造，首先就需要对日常加工中出现的误差进行统计，并对统计的数据进行系统的分析，然后将分析出的误差结果输入到机械设备的操作系统当中，这时候机械设备就会自动的将误差消除，从而生产出高质量的零件。

3.2 合理控制温度以减少热变因素对零件加工精度的影响

在机械设备的运行中，温度发挥着重要的影响作用，温度过高或者是过低都会影响机械设备的正常运行。在零件加工的过程中，如果温度过高，就需要利用冷水降温。例如，在使用刀具对零件进行反复切割时，由于长时间的摩擦，会导致温度升高，从而引起零件的变形，这时就需要进行冷水降温，以减少热变因素对零件精度的影响。

3.3 最大限度的减少外力对零件的干扰

在零件加工的过程中，零件所遭受的外力因素主要包括摩擦力和挤压力，在这两种力的影响下，零件的精度就难以保证。而要减少外力因素对零件精度的影响，就需要减少这两种力。首先，在日常零件加工的过程中，技术人员需要对机械设备进行认真的检查，如果，在检查中发现机械设备固定零件的部位结合较紧，则需要及时修正。其次，还需要定时对机械设备的表面进行打磨，以减少机械设备接触面对零件的摩擦力，这样就可以有效的降低零件生产过程中出现的加工误差，提高零件加工的质量，减少报废率，提高企业的经济效益。

3.4 提升机械加工工艺加工精度的其它措施

首先，需要不断地完善机械加工工艺的系统设备，学习和引进先进的加工工艺方法，同时还需要对设备系统进行维护和管理，保证机械设备始终处于最佳的运转状态。其次，需要对零件加工的流程进行合理的规划，尽量将加工流程缩短，从而减少加工过程中出现的误差。最后，零件加工企业还需要不断提高工作人员的综合素质，定期组织相关的工作人员学习专业的生产技术，并不断提高工作人员的责任心，为提高零件加工质量奠定良好的人才基础。

4 结 语

总而言之，目前我国零件加工行业对零件加工精度的控制还存在一些问题，提高零件加工的精度是现阶段我国零件制造业面临的重要问题。从本文的分析中可知，影响机械加工工艺加工精度的因素主要包括受力变形因素、热变形因素等，针对这些问题，零件加工企业需要采取有针对性的措施来减少这些不利因素对零件精度造成的不利影响，从而提高零件加工的质量。

参考文献：

[1] 郭向东.机械加工工艺对零件加工精度的影响[J].湖南农机，2013，（7）.

[2] 杨勇，杨哲.探究机械加工工艺对零件加工精度的影响[J].华章，2013，

（30）.

[3] 庞永清，李忠良.机械加工工艺对零件加工精度的影响[J].科教导刊

电子版（上旬），2015，（11）.

[4] 王超.机械加工工艺对零件加工精度的影响[J].建筑工程技术与设计，

2015，（6）.

高温合金零件工艺研究 篇6

热等静压(hot isostatic pressing,HIP)近净成形技术结合粉末冶金与模具工艺,利用高温高压耦合加载,在模具控形作用下,短流程将粉末致密化为复杂结构的高性能零件,其制件组织晶粒细小均匀,具有良好的力学特性[1,2]。该技术材料利用率高于90%,特别适用于钛基、镍基高温合金等难加工贵重金属材料,受到国内外航空领域的广泛关注[3,4,5]。但是热等静压成形过程中,粉末初始密度低,压坯体积收缩超过30%,并伴有不规则变形,受控形模具限制,部分结构处粉末流动不充分以及 压力传导 损失,难以达到 较高致密度[6],甚至残留孔隙,影响制件的整体力学性能。优化模具结构能够缓解部分问题,但边角效应影响区和特殊狭长结构区域仍难以致密。从工艺参数上考虑,提高保温温度和增大保压压力能够提高整体致密度[7]。然而提高温度会使晶粒长大,性能降低[8],同时造成模具变软发生较大形变使得控形效果变差;增大压力除增加对成形设备的要求外还会造成包套变形增大,容易发生开裂造成工艺失败,同时型芯模具变形较大,影响控形效果,制件性能均一性难以保证。两步热等静压工艺是在较低温度和压力作用下初次成形零件坯体,使得整体致密度达到无连通孔隙程度,酸洗或机械加工方法去除包套和型芯后,将压坯二次热等静压。失去包套和型芯屏蔽效应的约束,压力能够均匀传到制件各处,提高区域致密度,使孔隙闭合消除缺陷,整体组织均匀,性能均一。

本文主要从两步热等静压成形工艺的可行性和两步热等静压工艺参数的选择以及制件的力学性能等方面展开探讨。

1 材料与方法

1.1 成形材料

成形材料选 择等离子 旋转电极 法 (plasma rotating electrode process,PREP) 制得的Ti6Al4V粉末,粉末呈球 形,粒径大致 分布在60~300μm区间,平均粒径为200μm,SEM粉末形貌如图1所示,粉末化学成分如表1所示。

%

1.2 常规热等静压工艺

金属粉末热等静压工艺常规使用45钢或不锈钢作为包套和控形型芯,参考模具及Ti6Al4V材料的熔点、相变点和屈服强度特性,选定热等静压温度为910℃,压力为110MPa,保压时间为3h。制定加载方式如图2所示,温度和压力同时协调加载,试验在QIH15热等静压试验机(ABB,美国)上完成。

1.3 两步热等静压成形工艺

两步热等静压成形法加载曲线如图3所示,工艺流程如图4所示。

初次热等静压是在较低的温度 和压力作 用下,通过包套和控形模具挤压驱动粉末流动成形成没有连通孔隙的压坯,为去除包套和型芯后的二次热等静压提供条件。在满足成形为没有连通孔隙压坯的前提下,初次热等静压的温度和压力应当越低越好,较低的温度能够保证获得更细小的晶粒,有利于提高力学性能;较低的压力使得包套和模具产生更小的变形,有利于提高控形精度。采用有限元数值模拟的方法选择多组温度和压力参数进行模拟,将其中使得制件最低致密度达到92%[9]的参数组合(没有连通孔隙)选为初次热等静压温度和压力参数。

试验设计的包套和控形模具结构 如图5所示。使用MSC.MARC有限元软件进行模拟,根据零件的对称性选择二维1/4模型模拟变形过程。变形过程是复杂的机械与热耦合作用过程,粉末特征参数是温度和相对致密度的复杂函数[10],这里采用基于Ti6Al4V粉末特征参数修正的Shima模型[11,12,13],屈服方程如下:

式中,σy为致密体的等 效屈服应 力;p为热等静 压压力;Sij为偏应力张量;γ、β为与材料有关的参数;q1、q2、q3、q4、b1、b2、b3、b4为常数;ρ为相对致密度。

当粉末逐渐致密化达到1之后该屈服模型回归到经典的vonMises屈服模型,β、γ 可由单轴压缩试验得到[14]。

包套和模具材料分别使用45钢和304不锈钢,两种材料在HIP过程中用弹塑性材料模型和von Mises屈服准则描述其变形行为,相关参数在MARC有限元程序中设定。

初次热等静压参数(850℃,100MPa,保压3h)作用下,相对致密度模拟分布结果如图6所示。制件基本上达到致密,但在图6中A区由于模具结构限制,粉末流动较差没有达到与其他区域相当的致密度,力学性能均一性较差,可能影响疲劳寿命。但是该区域的致密度达到了93%以上,即已经没有了连通孔隙,压坯外表面可以承受并传递气体介质压力,满足二次热等静压的条件。从该区域的SEM照片上可以看到基本上达到致密但残存孔隙,孔隙之间已互不连通,如图7所示。

初次热等静压的参数借助有限元模拟的方法确定,通过设置不同的温度和压力工艺参数加载,查看致密度模拟结果,为减小温度压力过高对性能的不利影响,选择致密度最低区域达到92%前提下的最小温度和压力数值作为初次热等静压的工艺参数。通过酸洗和机加工的方法去除掉包套和控形型芯,对零件进行二次热等静压,由于此时的零件形状不规则,有限元模拟难度较大并且容易产生较大误差,故选择从试验的角度探索并确定二次热等静压的工艺参数。

2 结果与讨论

2.1 拉伸特性

为探索二次热等静压的成形工艺参数以及两步法成形零件的力学性能,设计了3组试验,分别是传统热等静压工艺P0(910℃,120MPa,3h)、两种两步成形工艺P1(850℃,100MPa,3h/850℃,120MPa,3h)和P2(850℃,100MPa,3h/910℃,120MPa,3h),成形图5所示零件,并将获得的压坯A区制成截面为6mm×2mm的条状拉伸试样进行拉伸试验(图8),对比其拉伸特性,观察和分析组织断口形貌。

试验在德国Zwick/Roell公司Z010型拉伸试验机上进行,拉伸参数为预载100N,试验速度2mm/min,得到拉伸性能参数如表2所示。

拉伸数据显示,除了850℃/850℃工艺下拉伸性能与同 规模Ti6Al4V铸件 (拉伸强度 为890MPa,屈服强度825MPa)相当外,其他工艺下HIP试件性能都优于同规模Ti6Al4V铸件,略微优于同规模Ti6Al4V锻件(拉伸强度为930MPa,屈服强度为860MPa),且两步HIP法成形试件拉伸性能稍优于传统HIP工艺制件的拉伸性能,使得零件性能在更加均一的前提下并未降低力学性能。

2.2 组织形貌分析

在扫描电子显微镜下观察不同工艺下A区部分的微观组织形貌。3种工艺都是常规的均匀板条状α+β相组织,同样放大 倍数下,850 ℃/850℃两步法成形组织最为细小,850 ℃/910 ℃两步法成形较为粗大,而常规HIP工艺晶粒尺寸规模居中。从图9a、图9b中可以观察到主要由细小等轴晶组成的原始颗粒边界(prior particle boundary,PPB),而图9c中原始颗粒边界基本消失。850℃/850℃工艺成形温度较低,粉末屈服强度较高,在压力挤压粉末互相剪切作用下粉末颗粒中板条状组织破碎球化,在保温保压驱动下,发生再结晶为细小等轴晶[15,16],形成明显颗粒边界。910℃ 常规工艺 下随着温 度的提升 晶粒长大,但是颗粒边界依旧存在。850℃/910℃工艺由于保温时间较长,晶粒随时间的增长粗大化,细小等轴晶长大到与板条状晶粒同等规模尺寸,颗粒边界消失,因此拉伸性能较好。

2.3 断口形貌分析

在扫描电子显微镜下观察上述不同工艺参数成形的拉伸试样的断口形貌,如图10所示,均可以观察到大量韧窝,表现出韧性断裂的特征,说明粉末颗粒间发生了冶金结合。910℃常规热等静压和工艺P1(850℃,100MPa/850℃,120MPa)两步成形法成形的拉伸试样断口区域能观察到近球形的凹坑,其大小与 原始的Ti6Al4V粉末相当,说明热等静压时粉末颗粒接触处因受温度和压力作用发生冶金结合区域的强度较差,在拉力作用下,裂纹在此处萌生,扩展并断裂失效。工艺P2(850℃,100MPa/910℃,120MPa)两步成形拉伸断口未见近球形的凹坑,更高的成形温度下颗粒之间元素扩散更快,蠕变更充分,冶金结合更加牢固,不再是潜在的裂纹萌生点,因此拉伸强度高于前面两种工艺拉伸强度。

2.4 两步法成形叶盘零件

根据以上模拟结果和试验测试 确定的两 步HIP法工艺参数 (850 ℃,100 MPa,3h/910 ℃,120MPa,3h),使用Ti6Al4V粉末作为材料成形了叶盘零件,叶盘的设 计形状和 模具示意 如图11a所示。

叶盘的形状比较复杂,尤其是在叶片部分,存在尖角和扭曲部分,粉末在控形模具内流动困难会导致叶片部位达不到理想的致密度,如图11b模拟得出的初次HIP后的相对致密度所示,形成缺陷影响使用寿命,需要进行工艺优化。因此,使用两步HIP成形法在初次HIP之后酸洗去掉控形型芯和模具,二次HIP温度和压力直接作用于叶片部分使其达到致密,在保持形状的同时,性能达到均一。试验后切出叶片,在电子显微镜下观察叶片处组织,未见残余 孔隙,达到致密,如图11c所示。经少量机加工后实体零件如图11d所示,阿基米德 排水法测 得叶盘致 密度达到99.5%。剩余0.05% 的致密度可能对应着少许的孔隙残留,在个别叶片部位或叶片和叶冠及轮毂的连接处(试验切割叶片并观察的SEM图没有发现明显孔 隙)也可能对 应着排水 法的测量误差。

3 结论

(1)两步热等静压成形法成形高温合金零件可以在保证控形效果的基础上,使零件难以致密处达到致密,保证零件性能均一,提高使用寿命。

(2)两步热等静压成形法的首次工艺参数可以根据不同材料特性,使用有限元模拟的方法确定,选择零件组织无连通孔隙状态下的最低的温度和压力数值;二次HIP工艺参数根据成形试件力学性能测试结果确定,本文设计的叶盘零件在选定的工 艺参数 (850 ℃,100 MPa/910 ℃,120MPa)下,形状和力学性能控制均较优。

(3)两步成形法制件组织颗粒边界消失,断口形貌未见近球状凹坑,粉末冶金结合牢固。拉伸性能达到同规模锻件水平,稍微优于传统HIP制件。

摘要：针对热等静压整体成形高温合金零件容易产生部分区域致密度较低、整体性能不均一的问题,提出了热等静压两步成形方法,在较低的温度和压力作用下成形为不带连通孔隙的原始零件,去除控形模具后用合适的温度压力作用使不致密区域致密,提高零件均一性。以Ti6Al4V粉末材料为例,使用有限元模拟和实验测试相结合的方法,确定了两步成形法的工艺参数,并成形了叶盘零件。SEM结果显示:热等静压两步法成形的零件组织由板条状α+β相组成,原始颗粒边界消失,不连通孔隙闭合。断口形貌显示:在合适的两步成形工艺参数加载下,粉末颗粒冶金结合牢固,不再成为裂纹起始处,拉伸强度提高。两步法拉伸性能略优于常规热等静压拉伸性能,性能达到同规模锻件水平。

高温合金零件工艺研究 篇7

关键词：铝合金,铣削,表面划痕,积削瘤,刀具前角

铝合金由于其导电性、导热性好，强度高，应用广泛。如果再对铝合金进行热处理和冷加工，可使铝合金的力学性能达到低合金钢的水平，铝合金冷加工以切削加工应用为最广。铝合金熔点较低，加工过程中温度升高后塑性增大，切削界面摩擦力增大，容易粘刀，及产生积削瘤等缺陷，表面粗糙度不好保证。本文针对某厂生产的铝合金箱体类零件在切削加工过程中存在的问题，提出了改进的方法，并进行了试验研究。

1 选用的零件

选用某厂生产的铝合金箱体，如图1所示，该零件结构复杂、质量要求高，材料为ZL106，正火处理，生产批量大。本文主要研究A端面在专用机床上的铣削加工过程，此端面的平行度要求为0.025mm，与B面的垂直度要求为0.03mm，表面粗糙度为Ra3.2。

2 铣削加工

2.1 刀具结构

该零件铣削过程采用粗铣—精铣—修光三道工序来完成，为了提高生产效率，将粗铣、精铣和修光安排在一台专用机床上的一个工位来完成，刀片材料为YG6X，总共有8片硬质合金普通铣刀片和1片修光刀片，其中修光刀片在安装过程中高于普通刀片0.08mm，以保证修光的加工余量。

2.2 加工参数设置

在专用机床上加工，切削速度为70m/min，每转进给量为0.8m m，精铣背吃刀量为0.6m m，修光背吃刀量为0.1m m，刀具前角r0=15°，刀具后角α0=10°。

2.3 切削结果分析

用以上参数切削过程中，主要出现两个问题，一是零件已加工表面有划痕现象，二是在刀片的前刀面上有积削瘤的存在。

3 零件已加工表面划痕的解决方法

经过反复实验得知，零件表面的划痕主要是由在初洗过程中修光刀刃与加工表面的摩擦所导致的。改进的方法有两种，一种是调整修光刀的安装角度，另外一种是调整铣刀盘与进给方向的夹角。如果调整修光刃与已加工表面的夹角，则每次换刀调整非常麻烦。夹角稍大影响表面质量，精度不高。因此，调整铣刀盘与进给方向的夹角。调整角度如果角度调整太大，修光后的表面会产生一个斜度而影响表面质量。已知修光刃的长度为5mm，而零件表面粗糙度为Ra3.2，调整角度为x，每转进给量为0.8mm为保证表面质量满足要求，所以：

综合考虑取铣刀盘轴线与进给方向夹角为89°53'，这样修光刃与已加工表面之间留有一定的间隙，增大了工作刀齿的副偏角，也会使副切削刃、副后刀面与已加工表面之间的摩擦减小，同时也避免了修光刃与已加工表面的摩擦。

4 刀具前刀面积屑瘤的解决

4.1 积屑瘤的产生分析

由于在铣削铝合金过程中，铝合金的熔点较低，在温度升高后，它的塑性变大。被切削金属在切削区域的高温和高压和较大的摩擦力的作用下，与刀具刃口附近的前刀面会粘结在一起，就会形成了积屑瘤，积屑瘤的硬度可比工件的基体高出2～3倍，因此可以代替刀刃进行切削，一般在初加工过程中，是允许有积屑瘤的存在，但积屑瘤在切削过程中不稳定，时大时小，使得工件表面出现高低不平的形状，工件表面粗糙度会增大，尺寸精度降低。精加工过程中不允许有积屑瘤。

4.2 刀具角度对积屑瘤的影响

刀具前角增大，积屑瘤的高度降低，这主要是由于刀具前角增大时，切削角随之增大，金属的塑性变性系数减小，沿前刀面产生的摩擦力减小，因此切削力也减小，产生的切削热也减小。这样可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。但如果前角继续增大，增大到一定值后，会使刀刃强度下降，散热条件变差，而且刀刃易产生破损，耐用度下降，切削温度升高。综合考虑工件材料、刀具材料和加工性质来决定前角取25°。

后角的增大，积屑瘤的高度也会呈下降趋势，但和前角相比，效果不明显。当后角增大时，可以减少刀具后刀面与工件之间的摩擦，并能使刀具刃口钝圆半径减小，刃口锋利、易切入工件。但后角过大，也使刀刃强度降低，刀具散热能力下降，综合考虑后角取15°。

4.3 切削速度对积屑瘤的影响

经过实验得出随着切削速度的增加，积屑瘤先由小变大再由大变小，即积屑瘤高度增加到峰值以后，又随着切削速度的增加而降低。在实际生产中选择低速切削(V<3m/min)或者高速切削(V>70m/min)，这时摩擦系数较小，粘结不易产生，故一般不会产生积屑瘤;而在中等切削速度(V=15～30m/min)时，产生的积屑瘤最大。

5 结语

采用改进后的刀具结构及铣削工艺参数在专用机床上对铝合金表面进行铣削加工，和以前相比，表面质量提高，表面划痕现象和积屑瘤大小减少，同时刀具的耐用度提高，加工精度也提高了，这一加工技术的改进可以在实际生产中应用推广。

参考文献

[1]贺曙新,张四弟.金属切削工[M].北京:化学工业出版社,2004.

[2]张维纪.金属切削原理及刀具[M].杭州:浙江大学出版社,2002.

[3]李华.机械制造技术[M].北京:高等教育出版社,2002.

底座零件加工工艺方法研究 篇8

关键词：薄壁,车削,工艺措施,夹头

1 底座零件结构特点

某产品中底座零件材料为AISI416T马氏体不锈钢, 该材料含碳量低、淬透性好, 切削加工性优良。

如图1所示, 该底座零件结构为薄壁盘类结构, 整体壁厚不超过1 mm, 尺寸公差要求严, 零件自身结构稳定性较差, 因此加工中存在很多问题。

2 加工难点与问题分析

零件的加工难点在于薄壁结构的加工和尺寸准22.217±0.002 mm及相关形位公差的实现。该零件如果采用一次车削成型, 必须大端面在外, 加工容易出现振刀, 且小端面壁薄, 将零件从棒料上切下也相对困难;由于零件中心没有通孔, 常用的先内孔再串芯轴车外圆的方法行不通;由于零件壁太薄, 采用夹持外圆 (或过渡套) 需要多次调头加工, 零件刚性差, 存在变形隐患, 同时基准需要转换, 尺寸保证难度大。

尺寸φ22.217±0.002 mm公差要求严, 还有φ23.8 mm所在面对基准A垂直度0.005 mm;φ66.8 mm所在端面对基准A垂直度0.01 mm等形位公差要求严, 因此, 不仅车削加工难保证, 磨削加工装夹也是个难点。外圆φ66.80-0.025mm所在端面, 由于结构特殊性, 即大端面到小端面尺寸阶梯状变化太大, 当刀具沿A向车削φ66.80-0.025mm外圆及B向车削端面时, 存在让刀、振刀现象, 造成外圆尺寸超差、端面振刀, 表面粗糙度达不到要求, 如图2所示。

以上问题都制约了该底座零件的顺利加工。

3 采取的工艺措施

经过研究和探索, 采取了粗车留夹头、精车内孔定位压端面、精磨的工艺方法。工艺路线安排如下:工序5 (数车粗车内孔) →工序10 (数车粗车外圆) →工序15 (数车精车内孔及部分外圆, 去夹头) →工序20 (数车精车外圆) →工序25 (数铣加工端面上孔) →工序30 (钳工研磨大端面) →工序35 (精磨外圆) →工序40 (检验) →工序45 (表面处理) 。

零件下料时在大端面端留20 mm的夹头, 工序5加工中夹持毛坯外圆车大端面端, 车削内孔, 各尺寸留出单边1mm左右精加工余量, 夹头部分外圆尺寸与内孔φ66.8 mm粗加工尺寸一并加工, 加工内容如图3所示;工序10夹持夹头外圆, 夹头内孔塞堵头粗车零件阶梯轴外表面, 除小端面外圆其它尺寸单边留1mm精加工余量, 考虑到工序15小外圆要作为车工装夹面, 要保证强度, 单边留2 mm的余量。加工内容如图4;15工序配车软爪, 夹持工序10φ27.5外圆, 软爪端面顶住φ55.4 mm大面, 车削外圆φ66.8 mm、φ55.4 mm和内腔到尺寸, 保证壁厚, 加工图如图5所示。由于加工中用软爪顶φ55.4 mm大面, 零件刚度增强, 加工大面时避免了加工过程振刀、让刀现象的发生;工序20以工序15加工的φ53.4配车车工工装, 采用内孔定位, 利用3个台阶压板压图5中的E面, 除尺寸φ22.217 mm、分别留0.1 mm和0.05 mm的磨削余量外, 其它外圆尺寸加工到位。工序35磨工使用工序20工装, 采用相同的定位方式磨削保证尺寸φ22.217±0.002 mm, 同时用砂轮侧壁磨削φ23.8 mm端面。由于在工序30安排钳工对D面进行研磨, 以D面定位磨削的φ22.217±0.002 mm在保证尺寸公差的同时, 该尺寸圆度、φ23.8 mm端面对基准A的垂直度和D面对A的垂直度也得到保证。

4 结论

通过该零件的实际加工, 证明了该工艺方法简便易行, 摸索出了薄壁盘类零件加工的一种精度较高的方法, 为类似零件的加工提供了借鉴。

参考文献

箱体类零件的加工工艺研究 篇9

箱体是组成机器整体的主要框架, 它作为主要的支撑件把其他零部件有机地组成一个整体, 使其能够实现某种运动或具有某种生产加工的功能。通常箱体的结构都比较复杂, 具有内部含有多种孔类结构以及内壁不均匀等特点。对于箱体内重要的孔结构, 其加工精度要求较高。箱体加工质量的优劣直接影响了机器的装配精度, 而且还会影响到机器的使用寿命和生产加工精度等。因此, 箱体类零件的加工工艺是否合理和先进就决定了整个机器的生产加工精度以及使用寿命。

1 箱体零件加工技术要求

1.1 表面加工技术要求

箱体类零件的定位基准面、装配参考面等重要表面对零件的加工精度、装配精度以及整机的使用性能都有直接的影响。考虑到箱体腔内零件的运动特点, 一般箱体零件的重要表面只要求具有很高的平面度以及较高的相对位置精度, 对于表面粗糙度的要求则较低。

1.2 孔的加工技术要求

箱体类零件中对孔的加工技术要求一般指定位孔或支撑孔的尺寸精度要求或具有同类功能的孔的位置精度要求。譬如:轴承安装孔的技术要求主要是对于尺寸精度的要求, 如果一对安装孔的重合度不够, 那么在机器工作时可能会产生局部振动, 进而影响到产品的加工精度。尤其对于机床上的轴承孔, 尺寸精度的高低会直接影响到产品的加工精度。另外, 对于减速器类箱体零件, 对相邻传动轴的定位孔相互位置精度、定位孔尺寸精度、同轴度等要求较高。相互位置精度低会影响到传动齿轮的相互啮合情况, 使齿轮受力不均, 降低齿轮的使用寿命。如果传动轴的同轴度精度达不到技术要求, 那么在进行整机装配时就会出现齿轮装配不上或孔隙较大等情况, 另外由于装配精度的降低也会磨损齿轮, 进而影响到机器的使用寿命和工作精度。对于箱体上的支撑孔, 一般与装配基准面之间具有很高的平行度要求, 且与固定端面间有较高的垂直度要求。

2 箱体零件加工工艺

本文主要以图1所示的减速器类箱体零件的加工为例进行工艺分析, 如图所示该零件具有典型的箱体类零件特点:形状复杂、孔较多、壁厚不均等。箱体零件的加工主要涉及到不同的定位孔、支撑孔及基准平面的加工。其对尺寸精度、相互位置精度要求较高。

2.1 工艺路线分析及确定

由图1可知, 该箱体零件的加工工序较多, 主要涉及到定位孔、支撑孔及相关表面的加工。箱体零件孔的加工难度较大, 而且加工精度要高于相关表面的加工精度要求。考虑到该箱体零件加工的特殊性, 其工艺路线的设计应从以下几方面准备:

1) 合理确定毛坯件。该箱体零件的工作特点主要是起支撑、固定框架的作用, 对力学性能的要求一般, 故可以选择HT200作为毛坯材料。另外, 该箱体体积较小且结构较复杂, 因此, 应选择铸造成型的方式, 不宜采用焊接成型。

2) 合理确定加工顺序。该箱体零件结构较复杂, 需要加工的面和孔较多, 工艺设计要本着先加工表面后加工孔, 先粗加工后精加工的原则。加工完的表面可以作为后续孔的加工定位基准, 这样也利于孔的加工, 同时可以保证孔的加工精度和相互位置精度。另外, 在表面加工时还要根据零件的工作特点分清哪些是重要表面, 哪些是非重要表面, 零件表面的加工要按照先加工重要表面后加工次要表面的顺序。考虑到箱体零件的加工表面较多, 且对于孔的尺寸精度要求也较高, 因此, 加工时要先粗加工后精加工, 且两个阶段不宜同时进行。原因是大面积、多表面的粗加工易使表面的内应力集中, 如果不能把该应力释放出去必将影响零件的使用性能。所以, 粗加工时要多次对夹具进行松懈, 以便使内应力及时释放, 从而保证箱体的加工精度和使用性能不受影响。

3) 合理确定工序。根据零件的生产批量确定是否采用相对集中的加工工序, 如果属于大批量的生产, 那么应将零件的粗加工和精加工分别在不同的机床上完成;如果属于小批量生产, 则应将粗加工和精加工尽量选择同一机床上加工, 这样可以提高生产效率, 降低生产成本。

2.2 合理选择加工定位基准

该箱体零件结构较复杂, 在确定定位基准时要本着基准统一和基准重合的原则。同时, 也要考虑影响零件加工精度的相关因素。

1) 确定粗加工定位基准。粗基准的选择要根据该箱体零件的主要工作孔来确定, 对于该箱体零件要优先考虑主轴孔的加工余量, 保证孔的尺寸及相关表面加工余量均匀, 这样才能确保孔在精加工时的加工精度。因此, 该箱体零件应选择主轴孔作为粗加工的定位基准。

2) 确定精加工定位基准。根据该箱体零件的结构特点, 精加工的定位基准应选择装配基准面, 这样选择可以保证定位基准、装配基准相互重合, 符合基准重合的原则, 同时也可以有效降低不重合误差的产生。

2.3 零件重要表面的加工

1) 平面的加工。通常箱体零件平面的粗加工采取刨削法, 精加工采取铣削法。在小批量生产时, 一般采用划线找正, 利用刨刀和铣刀对表面进行加工。也可以在龙门刨床上同时安装多个刀架对多个平面同时加工, 这样可以有效地确保平面的相互位置精度。在大批量生产时, 一般在数控机床或组合机床上进行多表面加工, 这样既可以提高生产效率, 也可以确保各个平面的位置精度。

2) 孔的加工。箱体零件中孔类较多, 而且尺寸精度和位置精度要求也较高, 因此, 孔的加工是确定箱体零件加工工艺的关键, 孔通常有两种, 一种是平行孔, 另一种是同轴孔。平行孔在加工时要保证孔的中心线之间的平行度和尺寸精度要求。同轴孔在加工时主要是保证孔的同轴度精度要求。在小批量生产时, 由于划线法找正加工容易引起加工误差。因此, 较多采用试镗法来提高零件的加工精度, 但该方法生产效率较低, 故只适合小批量生产。在大批量生产时, 一般采用镗模法。该方法可以在组合机床上对多孔进行同时加工, 具有方便工件找正、生产效率高的特点。

3 结语

箱体类零件结构复杂, 加工要求也较高, 在加工工艺设计时必须要根据零件的加工难度确定合理的定位方式、选择合适的切削用量和加工机床、加工刀具。只有对箱体类零件的结构和使用要求有了深入的理解才能制定出合理的加工工艺。

参考文献

[1]李红星.箱体零件的加工中心工艺及程序编制[J].机械管理开发, 2011 (2) :103-104.

[2]张世有.箱体类零件的加工工艺分析[J].科技信息, 2010 (17) :118-119.

[3]施燕.箱体零件孔系加工工艺方案的探讨与实践[J].中国制造业信息化:学术版, 2009 (9) :75-77.

高温合金零件工艺研究 篇10

【摘要】7075合金是超强度硬铝，被广泛应用于飞机机身、机翼等结构件。本文所研究的7075铝合金挤压棒材是作为制造桨叶锻件的毛坯料。根据某飞机制造公司要求，作为毛坯的挤压棒材的力学性能试样需经T73状态热处理（适用于固溶热处理后，经过时效已达到规定的力学性能和抗应力腐蚀指标的产品）后进行检验，力学性能指标引用航空航天用铝合金锻件标准。本文通过对7075合金挤压棒材挤压制度、热处理工艺、抗应力腐蚀试验，确定最优的时效工艺制度。

【关键词】7075合金；挤压棒材；双级时效

1、试验方案

根据多年的生产实践结合最新的铝合金工艺，制定实验方案。7075合金主要用于制造飞机结构和其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件。经过60余年的发展，7075合金在保持主要合金略有变动的情况下，在向着高纯化（大幅度降低杂质Si、Fe、Mn、Ti的含量）的方向发展。以提高合金的塑性、韧性和强度等。本次试验的7075合金化学成分按照GB/T3190变形铝及铝合金化学成分执行。铸锭采用采用均火处理铸锭进行挤压。

1.1工艺路线

熔炼铸造（过滤）→均火→车皮→铸锭加热→挤压→切头尾→取样→试样热处理→力学性能试验（含抗应力腐蚀试验）。

1.2化学成分

化学成分执行GB/T3190变形铝及铝合金化学成分，7075合金化学成分含量如下。

Si≤0.25%，Fe≤0.45%，Cu含量1.3～1.8%，Mn≤0.25%，Mg含量2.3～2.8%，Cr0.19～0.25%，Zn含量5.2～6.0%，Ti≤0.10%，Zr微量，Ni微量，余量为Al。

7075合金为Al—Zn—Mg—Cu系合金，在其中加入的镁，可形成强化效果显著的MgZn2，是该合金的热处理效果远远大于铝—锌二元合金。

1.3铸锭冶金质量要求

按Ⅰ类锻件A级氧化膜标准提料。

1.4铸锭均火制度选择

7075合金均匀化退火主要的组织变化是枝间偏析消除、非平衡相溶解和过饱和的过度元素相沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化。在均匀化退火过程中，不溶的过剩相也会聚集、球化。从而达到消除铸锭参与应力，改善铸锭的加工性能的目的。

7075合金均火制度为各区温度465℃，金属温度455～470℃，保溫时间24h。

1.5挤压温度选择

锻坯毛料要求使用φ160mm的棒材，采用5000t挤压机挤压，铸锭为φ405×1000mm，挤压系数为6.9，残料为25mm。

挤压铸棒加热温度为，445～465℃，仪表定温465℃。

1.6试样热处理工艺选择

淬火：淬火制度按GJB 1694变形铝合金热处理规范执行，选择470±3℃，试样保温60分钟，淬火水温为室温。

时效：用正交试验法，选取四因素三水平进行时效制度试验。双级时效工艺试验方案见表1。

1.7抗应力腐蚀试验按GJB2351 航空航天用铝合金锻件规范 C环形试样恒应变应力腐蚀试验方法按GJB2351中附录A执行（每一试验方案均做抗应力腐蚀试验）。

1.8验收标准：σb≥450Mpa，σ0.2≥380Mpa，δ≥7%。

2、试验结果与分析

2.1按照表4方案进行试验，试验结果见表2.

2.2试验结果分析

双级时效的一级时效是Al-Zn-Mg-Cu合金的第二项MgZn2从过饱和固溶体中沉淀的过程，以新相形核和长大的方式完成转变，这时第二相组织先形成G.P.区，G.P.通常均匀形核，当其达到一定尺寸，成为随后时效沉淀的核心，二级时效是G.P.区转变为过渡相，最后形成稳定源MgZn2的过程，随着时效温度的提高以及时效时间的延长，合金从峰值时效转变为过时效，此时可显著提高7075合金的抗应力腐蚀能力。

从试验结果看，每种试验方案都可满足标准要求，但从综合指标看，第4方案最佳，时效制度为：一级时效125±5℃，保温5小时，二级时效165±5℃，保温10小时，通过用此时效制度多次试验，最终将时效制度调整为一级125±5℃，保温6.5小时，二级175±5℃，保温8小时。

3、结论

提料：按Ⅰ类锻件A级氧化膜标准提料，铸锭为φ405×1000mm

挤压工艺：挤压温度430～450℃，仪表定温450℃。

淬火工艺：淬火温度465±3℃，试样保温60分钟，水淬。

时效工艺：一级时效125±5℃，保温5小时，二级时效165±5℃，保温10小时。

参考文献

[1]王祝堂编著.《变形铝合金热处理工艺》中南大学出版社

[2]张宏伟，吕新宇，武红林编著.《铝合金锻造生产》中南大学出版社

压缩机零件铸造工艺分析与研究 篇11

等缺陷。1.2原因分析目前的球墨铸铁凝固理论认为, 球墨铸铁的共晶转变需要在一个较大的温度区间内才能完成*凝固过程中存在相当宽的固液两相区, 在共晶凝固的中后期共晶团之间会包含有少量的残余液体, 当这些残余液体进一步凝固时, 便会形成微小的间隙, 即“晶间缩松”, 由于球墨铸铁是糊状凝固, 故凝固后期的晶间微小间隙得不到外来液体的补缩, 极易形成晶间缩松, 同时由于树脂砂的保温性能好, 延长了球墨铸铁铁液的凝固速度, 不能缩小共晶转变的温度区间。1.3采取的措施 (1) 保证铸型的紧实度, 球墨铸铁在凝固过程中也有有利因素, 即石墨球的长大, 形成石墨化膨胀, 膨胀力通过不太结实的外壳作用在铸型上, 如果铸型刚度大于膨胀力就能束缚石墨化膨胀, 这不仅限制了铸件的尺寸变大, 还使共晶团更加致密, 从而减小乃至消除晶间缩松。 (2) 采用金属型覆砂工艺, 降低树脂砂的保温性能, 缩小球墨铸铁晶间转变的温度区间, 实现铸件收缩和膨胀完全叠加》 (3) 密封止口处是气缸套的热带, 采用外冷铁, 减小热节。采取上述措施后, 生产了各种规格的气缸套共60件, 其中气缸套镜面有缩松缺陷共6件, 取得显著技术经济效益。2活塞铸造工艺分析与研究活塞组与汽阀、气缸等组成一个可变的工作容积, 随着活塞组不断地往复运动将使工作容积发生周期变化, 以完成对工质气体的剩气膨胀、吸气、压缩和排气过程。所以活塞组是压缩机上的一个重要零件。活塞是一密闭的空心圆柱体, 只在活塞的上、下面各留存四个直径为38mm的出砂孔。铸件材质为HT250, 重325kg, 不允许焊接和修补, 且在0.6MPa压力下做水压试验, 历时30min不得渗漏, 还要求在圆柱面上不得有裂纹或孔洞。顶面硬度197—241HB�2.1现行工艺方案及试制过程中存在的问题在试制初期采用的工艺方案是:泥芯采用树脂砂制芯, 两芯组合后下芯, 从小芯头中预留孔来排气, 采用朝上排气, 浇注系统用顶注式树脂砂外型。生产中发现存在以下问题: (1) 小芯头易损坏。 (2) 铸件浇注过程中易呛火。 (3) 铸件中心孔上部加工后经常出现缩孔和缩松缺陷。2.2原因分析及采取的措施针对生产中的问题进行分析, 其主要原因如下: (1>小芯头在制芯过程中要紧实, 且需放人铁钉以增加强度。由于未紧实或强度不够则会受损。 (2) 易呛火则表明泥芯排气不畅或排气通道在高温下受到破坏, 铁水进入排气通道, 堵死气眼。要保证排气通畅以及采用新型材料形成排气通道, 从而保护排气通畅。 (3) 中心孔上部加工后常出现缩孔和缩松缺陷, 其原因是该处为热节, 采取冷铁和冒口工艺, 经过铸铁CAE模拟演示以及生产验证, 该措施是有效的。使用改进后的铸造工艺生产活塞6件, 金加工后未发现铸造缺陷。3气紅体铸造工艺分析与研究气缸体是压缩机产品的主要部件, 材质为QT400�毛坯重量为6.5 T (另外一只为8.5T��采用立做立浇工艺, 底注雨淋浇口, 树脂砂造型, 铸件采用退火消除应力, 装炉位置与浇注位置相同, 结果铸件出现了严重的穿透性裂纹。3.1裂纹产生的原因分析经过分析发现:气缸体裂纹的产生, 一方面是由于冷却凝固过程形成较大铸造应力;另一方面是由于退火过程中各部位升温速度不均形成应力;这两部分应力还存在叠加问题, 具体分析如下: (1) 祷件结构壁厚严重不均, 下底壁厚106mm�上端面106mm+280mm高的冒口, 9只阀孔与紅径间壁厚为70nnn左右, 而水道与fe L径间的壁厚只为38mm—44.5_, 虽然在生产中阀孔的上部安放了冷铁防止产生疏松等缺陷, 但在底面厚实部位与散热较快的薄壁部位收缩时间不同, 导致铸件形成较大的内应力。其中以阀孔底部铸件中间长度的气腔部分残余应力最大。 (2) 开箱时间短.此气缸开箱时间为60小时左右。与常规气缸相同, 无形中增加整个铸件的内应力》 (3) 铸件热处理退火工艺按常规, 导致升温过程太快造成温度分布里外不均匀, 薄壁部分加热升温时急剧膨胀, 冷却降温时该部分又急剧收缩;厚实部分加热升温缓慢, 冷却降温也缓慢, 这样退火过程中铸件冷热不均产生的应力就与原来浇注过程中产生的最大铸造应力相叠加。结果造成这些部位出现严重的裂纹。3.2消除裂纹的措施为了防止铸件产生裂纹, 应从尽量减少铸造应力和各部位受热均匀两方面人手。具体方法: (1) 严格控制配料:适当提高碳当量到4.64, 防止疏松、缩松等缺陷。 (2) 缩短由于壁厚悬殊造成凝固时间的先后, 在气道和水道泥芯中壁厚不均匀处均安放冷铁, 冷铁厚度随铸件壁厚而定, 35mm—70mm不等, 冷铁间隙15mm—20mmo (3) 气道芯的两处方框窗口处加设加强筋。 (4) 增加浇注系统的内浇道数目, 同时加大圆角, 以保证浇注过程中热量分散均匀口 (5) 延长开箱保温时间, 由原来的60小时变成90小时。 (6) 开箱清砂过程中采取措施防止产生裂纹源, (7) 单独进行退火处理, 采取工艺措施, 以确保每个部位受热均匀, 炉内温差不大于±10°C。 (8) 控制退火升温曲线。经过采取上述措施, 生产的气缸体完全消除了裂纹缺陷, 并将该经验应用于类似的8.5 T的球铁气缸的生产, 也成功地解决了此类缺陷, 避免了后续生产的铸件报废造成的较大经济损失 (此次QT件每吨为7800元) 。综上所述, 压缩机零部件大都是通过铸造制造出来的, 只要对其铸造工艺多多进行分析与研究, 生产出合格产品是不成问题的, 那么组装以后的压缩机的质量也就能得到保证。

摘要：压缩机广泛应用于石油、化工、电力各部门, 其质量的优劣将直接影响到国民经济发展。为此, 从组成压缩机的零部件方面着手, 分析与研究气缸套、活塞、气缸等的铸造工艺, 以求生产出合格的压缩机, 为企业提高经济效益作出应有的贡献。