CN107813108A - 一种薄壁零件加工方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁零件加工方法，其包括如下步骤，步骤A，在毛坯件上加工出第一支靠面；步骤B，提供一个第一支靠夹具，对步骤A加工出的所述第一支靠面进行支撑，加工所述水平安装边以及所述支撑边的第一支撑边型面之后，在所述水平安装边上选择三个均布的安装孔进行加工。步骤C，提供两个约束环对步骤B加工的所述水平安装边进行夹持，并使用螺栓进行固定，提供一个第二支靠夹具，穿过所述通孔加工所述安装孔，步骤D，提供一个第三支靠夹具，直接加工至所述外型面的最终尺寸。步骤E，提供一个第四支靠夹具，直接加工至所述内型面的最终尺寸，进而完成所述薄壁零件的加工。本发明所提供的薄壁零件加工方法，大大降低了对技能人员的操作水平的依赖。

Description

一种薄壁零件加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种对航空发动机的薄壁零件进行加工方法。

背景技术

薄壁零件由于重量轻、强度高等结构特点，已被广泛应用于航空航天领域。薄壁零件刚性差、强度弱,在加工中极容易变形,使零件的形位误差增大,不易保证零件的加工质量,增加了零件加工的难度，薄壁零件的加工是传统机械加工中比较棘手的问题。

图1为一种用于航空发动机的薄壁零件的剖面结构示意图，参见图1所示，该薄壁零件100为环形件，壁厚在2mm以内，其截面结构包括水平安装边1、支撑边2和弧形部3，所述水平安装边1上均布有多个安装孔(图中未示出)，所述薄壁零件100的尺寸要求包括平面度0.02、平行度0.02、型面轮廓度0.05，也即是说，所述薄壁零件100的尺寸精密度要求高，由于零件壁薄，且加工过程需要经过多次精加工装夹，因此累积误差增大，并且精加工后基准面易变形，导致与基准面相关的一系列精密尺寸经常超差甚至报废。现有的精加工加工过程过分依赖于技能人员的操作水平，局限性大，且难以从本质上控制零件的变形。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种薄壁零件加工方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种薄壁零件加工方法，其用于加工一种环形薄壁零件，所述环形薄壁零件的截面结构包括水平安装边、支撑边和弧形部，所述水平安装边上均布有多个安装孔，其包括如下步骤，

步骤A，在毛坯件上对应所述支撑边的靠近所述弧形部一侧的第二支撑边型面的坯料进行加工，加工出第一支靠面；

步骤B，提供一个第一支靠夹具，对步骤A加工出的所述第一支靠面进行支撑，加工所述水平安装边的第一安装边型面和第二安装边型面，以及所述支撑边的第一支撑边型面之后，在所述水平安装边上选择三个均布的安装孔进行加工。

步骤C，提供两个约束环对步骤B加工的所述水平安装边进行夹持，并使用螺栓进行固定，所述约束环对应所述水平安装边上的多个所述安装孔的位置均设置有通孔，所述通孔的直径大于所述安装孔的直径。提供一个第二支靠夹具，所述第二支靠夹具至少包括一个底座和压紧装置，所述底座用于对所述第一支靠面以及夹持所述第二安装边型面的所述约束环进行支靠，所述压紧装置用于压紧夹持第一安装边型面的所述约束环，穿过所述通孔加工所述安装孔，

步骤D，提供一个第三支靠夹具，所述第三支靠夹具为环形件，包括用于插入所述毛坯件内壁的第一水平支撑部、与所述第一水平支撑部通过垂直连接部连接的用于支靠所述第一安装边型面一侧的所述约束环的第一垂直支撑部，所述第一垂直支撑部设置有第三压杆，将步骤C加工后的所述毛坯件连同所述约束环一并装夹在所述第三支靠夹具上，利用车工工艺对所述毛坯件的对应所述弧形部的外型面的位置的坯料以及对应所述第二支撑边型面的位置的坯料进行加工，从而直接加工至所述外型面和所述第二支撑边型面的最终尺寸。

步骤E，提供一个第四支靠夹具，所述第四支靠夹具为环形件，包括用于支靠步骤D加工完成的所述外型面的内圆面，用于支靠所述第二安装边型面一侧的所述约束环的顶面，所述顶面设置有第四压杆，将步骤D加工后的所述毛坯件连同所述约束环一并装夹在所述第四支靠夹具上，利用车工工艺对所述毛坯件的对应所述弧形部的内型面的位置的坯料进行加工，从而直接加工至所述内型面的最终尺寸，进而完成所述薄壁零件的加工。

优选地，在步骤C中，所述约束环的厚度是5-8mm。

优选地，在步骤C中，所述约束环的外侧设置有凸起部。

优选地，在步骤C中，用于夹持所述第二安装边型面的所述约束环比用于夹持所述第一安装边型面的约束环要宽，两个所述约束环的宽度分别小于等于所述第一安装边型面和所述第二安装边型面的宽度。

优选地，在步骤E中，分两个工步进行，先进行半精车工步，型面留0.2mm余量，再进行精车工步，保证最终壁厚尺寸和轮廓度要求。

本发明所提供的薄壁零件加工方法，由于大部分加工过程中都有约束环来保障所述水平安装边这样的基准部位的刚度，因此在夹具更换过程中，互换性好，降低了对技能人员的操作水平的依赖，零件的精密尺寸质量稳定，合格率高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为一种用于航空发动机的薄壁零件的剖面结构示意图；

图2为根据本发明的一个具体实施例的薄壁零件加工方法的用于加工图1的薄壁零件的毛坯件的截面结构示意图；

图3为在图2的毛坯件上加工水平安装边的原理示意图；

图4为约束环的俯视结构示意图；

图5为图4的约束环装夹状态的部分剖面结构示意图；

图6为在图3加工出的毛坯件上加工安装孔的原理示意图；

图7为在图6加工出的毛坯件上加工外型面的原理示意图；

图8为在图7加工出的毛坯件上加工内型面的原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1为一种用于航空发动机的薄壁零件的剖面结构示意图；图2为根据本发明的一个具体实施例的薄壁零件加工方法的用于加工图1的薄壁零件的毛坯件的截面结构示意图；图3为在图2的毛坯件上加工水平安装边的原理示意图；图4为约束环的俯视结构示意图；图5为图4的约束环装夹状态的部分剖面结构示意图；图6为在图3加工出的毛坯件上加工安装孔的原理示意图；图7为在图6加工出的毛坯件上加工外型面的原理示意图；图8为在图7加工出的毛坯件上加工内型面的原理示意图。在图2、3、6-8中，为便于理解，毛坯件4内用虚线表示了薄壁零件100的轮廓，即最终尺寸位置。参见图1-8所示，本发明提供了一种薄壁零件加工方法，其用于加工一种环形薄壁零件100，所述环形薄壁零件的截面结构包括水平安装边1、支撑边2和弧形部3，所述水平安装边1上均布有多个安装孔13，其包括如下步骤，

步骤A，在毛坯件4上对应所述支撑边2的靠近所述弧形部3一侧的第二支撑边型面22的坯料422进行加工，加工出第一支靠面4221；

参见图2所示，对于毛坯件4，因其壁厚较大，故刚度较好，比较容易按照设计尺寸(即在给所述薄壁零件100的各型面均保留有足够的加工余量的前提下，所述毛坯件4的各型面均满足相应的设计要求)进行加工，在所述毛坯件4的各型面加工完成后，在只进一步加工所述第一支靠面4221时，可采用多种夹持方案，且因为其他部位均有足够余量，因此可有效避免加工变形对最终尺寸的影响。所述第一支靠面4221因对于最终第二支撑边型面22还留有余量，因此只需保障平面度及与所述环形薄壁零件100的轴线101的平行度即可。从而可很容易的利用机床加工。

步骤B，提供一个截面为Z形的第一支靠夹具5，对步骤A加工出的所述第一支靠面4221进行支撑，加工所述水平安装边1的第一安装边型面11和第二安装边型面12，以及所述支撑边2的第一支撑边型面21,之后，在所述水平安装边1上选择三个均布的安装孔13进行加工。

参见图2、3所示，因为所述第一支靠面4221加工要求环境要求不高，故很容易通过标准化生产流程加工出来，有了第一支靠面4221，再通过所述第一支靠夹具5对所述第一支靠面4221做支撑，也就很容易通过车床，利用车工工艺对所述第一安装边型面11、所述第二安装边型面12和所述第一支撑边型面21对应的所述毛坯件4上的411、412以及421位置的坯料进行加工，直接加工至最终尺寸，且可保障所述第一安装边型面11和所述第二安装边型面12的平面度和平行度，以及所述第一支撑边型面21的尺寸要求。此外，选择三个均布的安装孔13进行加工，可同时利用车床完成加工，且由于这三个安装孔13沿所述水平安装边1均布，因此利用车床加工也不会产生变形和应力。

步骤C，提供两个约束环6对步骤B加工的所述水平安装边1进行夹持，并使用螺栓(图中未示出)进行固定，所述约束环6对应所述水平安装边1上的多个所述安装孔13的位置均设置有通孔61，所述通孔61的直径大于所述安装孔13的直径。

参见图4、图5、图6所示，所述约束环6的厚度可以是所述水平安装边1厚度的2-4倍，例如可以是5-8mm，通过两个所述约束环6的夹持，可保障所述水平安装边1的刚度，从而可利用所述水平安装边1作为后继加工的夹持支撑部。所述约束环6上的通孔61可以都设置为台阶孔，也可以只是用于安装螺栓的通孔才设置为台阶孔，其他通孔设置为光孔。两个所述约束环6可以是宽度、厚度尺寸相同，也可以不一致，如同图6所示，因为所述第一安装边型面11的宽度比所述第二安装边型面12的宽度大，所以用于夹持所述第二安装边型面12的所述约束环6就可以比用于夹持所述第一安装边型面11的约束环6要宽一些，两个所述约束环6的宽度可以分别小于等于所述第一安装边型面11和所述第二安装边型面12的宽度，这样可提供更好的刚度。

参见图4所示，所述约束环6的外侧可设置有凸起部62，这样便于在装夹过程中对齐两个所述约束环6。

提供一个第二支靠夹具7，所述第二支靠夹具7至少包括一个底座71和压紧装置72，参见图6所示，所述底座71用于对所述第一支靠面4221以及夹持所述第二安装边型面12的所述约束环6进行支靠，所述压紧装置72用于压紧夹持第一安装边型面11的所述约束环6，从而可把所述毛坯件4牢固固定在机床上，所述通孔61的直径大于所述安装孔的直径，从而可穿过所述通孔61加工所述安装孔13，步骤B中只加工了三个所述安装孔13，其他剩余的所述安装孔13均在本步骤中加工完成。

图6为原理示意图，因此省略了所述第二支靠夹具7的其他结构，本领域技术人员应当理解，所述压紧装置72可以是与所述底座71同轴的压杆，所述底座71可放置在一个底板(图中未示出)上，所述底板中心可设置有安装柱(图中未示出)，所述压紧装置72可通过所述安装柱来固定，这样就可以保障所述压紧装置72与所述底座71的同轴度，从而也就可以保障所加工的所述安装孔13与所述水平安装边1的同轴度。

由于所述水平安装边1上除了所述安装孔13的位置，其他部位均有所述约束环6紧密夹持，因此在加工所述安装孔13的过程中(例如在数控铣床上通过数铣工艺进行加工)，可有效避免所述水平安装边1上发生变形。

步骤D，提供一个第三支靠夹具8，所述第三支靠夹具8为环形件，包括用于插入所述毛坯件4内壁(即图2所示的对应弧形部3的内型面31的位置431一侧)的第一水平支撑部81、与所述第一水平支撑部81通过垂直连接部82连接的用于支靠所述第一安装边型面11一侧的所述约束环6的第一垂直支撑部83，所述第一垂直支撑部83设置有第三压杆84，参见图7所示，将步骤C加工后的所述毛坯件4连同所述约束环6一并装夹在所述第三支靠夹具8上，利用车工工艺对所述毛坯件4的对应所述弧形部3的外型面32的位置432的坯料以及对应所述第二支撑边型面22的位置422的坯料进行加工，从而直接加工至所述外型面32和所述第二支撑边型面22的最终尺寸。

由于所述水平安装边1有所述约束环6进行夹持，因此可保障足够的刚度避免在所述外型面32的加工过程中，所述水平安装边1产生变形，且由于所述约束环可紧靠所述第一支撑边型面21的与所述第一安装边型面11相邻的垂直相交的部分(也就是如图7所示，与所述第一垂直支撑部83的底边在一个水平面的部分)，因此可利用这一位置作为测量和加工基准，从而可保障加工的精确性。

步骤E，提供一个第四支靠夹具9，所述第四支靠夹具9为环形件，包括用于支靠步骤D加工完成的所述外型面32的内圆面91，用于支靠所述第二安装边型面12一侧的所述约束环6的顶面92，所述顶面92设置有第四压杆93，参见图8所示，将步骤D加工后的所述毛坯件4连同所述约束环6一并装夹在所述第四支靠夹具9上，利用车工工艺对所述毛坯件4的对应所述弧形部3的内型面31的位置431的坯料进行加工，从而直接加工至所述内型面31的最终尺寸。进而完成所述薄壁零件100的加工。

参见图8所示，所述内圆面91可以只对所述外型面32的端部进行支靠，这样便于定位。

在本步骤中，为保障成品率，可分两个工步进行，先进行半精车工步，型面留0.2mm余量，再进行精车工步，保证最终壁厚尺寸和轮廓度要求；且所述薄壁零件100加工完以后先不拆除所述约束环6，待采用三坐标测量完相应尺寸后，再进行最终检验工序。

本发明所提供的薄壁零件加工方法，由于大部分加工过程中都有约束环来保障所述水平安装边1这样的基准部位的刚度，因此在夹具更换过程中，互换性好，降低了对技能人员的操作水平的依赖，零件的精密尺寸质量稳定，合格率高。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种薄壁零件加工方法，其用于加工一种环形薄壁零件，所述环形薄壁零件的截面结构包括水平安装边、支撑边和弧形部，所述水平安装边上均布有多个安装孔，其包括如下步骤，

步骤A，在毛坯件上对应所述支撑边的靠近所述弧形部一侧的第二支撑边型面的坯料进行加工，加工出第一支靠面；

步骤B，提供一个第一支靠夹具，对步骤A加工出的所述第一支靠面进行支撑，加工所述水平安装边的第一安装边型面和第二安装边型面，以及所述支撑边的第一支撑边型面之后，在所述水平安装边上选择三个均布的安装孔进行加工。

步骤C，提供两个约束环对步骤B加工的所述水平安装边进行夹持，并使用螺栓进行固定，所述约束环对应所述水平安装边上的多个所述安装孔的位置均设置有通孔，所述通孔的直径大于所述安装孔的直径。提供一个第二支靠夹具，所述第二支靠夹具至少包括一个底座和压紧装置，所述底座用于对所述第一支靠面以及夹持所述第二安装边型面的所述约束环进行支靠，所述压紧装置用于压紧夹持第一安装边型面的所述约束环，穿过所述通孔加工所述安装孔，

步骤D，提供一个第三支靠夹具，所述第三支靠夹具为环形件，包括用于插入所述毛坯件内壁的第一水平支撑部、与所述第一水平支撑部通过垂直连接部连接的用于支靠所述第一安装边型面一侧的所述约束环的第一垂直支撑部，所述第一垂直支撑部设置有第三压杆，将步骤C加工后的所述毛坯件连同所述约束环一并装夹在所述第三支靠夹具上，利用车工工艺对所述毛坯件的对应所述弧形部的外型面的位置的坯料以及对应所述第二支撑边型面的位置的坯料进行加工，从而直接加工至所述外型面和所述第二支撑边型面的最终尺寸。

步骤E，提供一个第四支靠夹具，所述第四支靠夹具为环形件，包括用于支靠步骤D加工完成的所述外型面的内圆面，用于支靠所述第二安装边型面一侧的所述约束环的顶面，所述顶面设置有第四压杆，将步骤D加工后的所述毛坯件连同所述约束环一并装夹在所述第四支靠夹具上，利用车工工艺对所述毛坯件的对应所述弧形部的内型面的位置的坯料进行加工，从而直接加工至所述内型面的最终尺寸，进而完成所述薄壁零件的加工。

2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，所述约束环的厚度是5-8mm。

3.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，所述约束环的外侧设置有凸起部。

4.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，用于夹持所述第二安装边型面的所述约束环比用于夹持所述第一安装边型面的约束环要宽，两个所述约束环的宽度分别小于等于所述第一安装边型面和所述第二安装边型面的宽度。

5.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤E中，分两个工步进行，先进行半精车工步，型面留0.2mm余量，再进行精车工步，保证最终壁厚尺寸和轮廓度要求。