CN107931997B - 一种静子内环薄壁件及其加工方法 - Google Patents

一种静子内环薄壁件及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于薄壁件加工技术领域，公开一种静子内环薄壁件的加工方法，包括以下步骤：S1.将静子内环薄壁件粗车坯上车床装夹，采用轴向夹紧方式，用工装对左端面支靠、右端面压紧；S2.粗加工外圆和端面，外圆和端面各留0.2mm的加工余量；S3.用80°内孔刀粗加工内孔外沿部分，留余量0.5mm；S4.用35°内孔刀粗加工内孔转角槽部分，留余量0.5mm；S5.用35°端面刀粗加工内孔下内壁和锥度部分，留余量0.5mm；S6.用80°内孔刀粗加工内孔上内壁部分，留余量0.5mm；S7.用35°端面刀粗加工内孔内槽，留余量0.5mm；S8.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行半精加工，留余量0.2mm；S9.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行精加工到尺寸。加工过程变形小，加工完椭圆度控制在3丝以内，无需校正。

Description

一种静子内环薄壁件及其加工方法
技术领域
本发明涉及薄壁件加工技术领域，具体地，涉及一种静子内环薄壁件及其加工方法。
背景技术
航空发动机上的静子内环薄壁件由于其形状复杂，壁厚薄，加工难度大一直是机加行业的一大难题，一方面因其形状复杂，没有稳定可靠的支靠面和压紧面导致装夹困难；另一方面切削性能差，加工过程中刀具切削阻力大，刀具不锋利时易对加工工件产生挤压变形等影响，同时各加工工序参数、顺序不同也会带来加工工件曲线轮廓度差的问题，因此在加工完成后需要进行校正调整才能使产品符合技术要求。
此外静子内环薄壁件内部型腔复杂，是典型的薄壁件且尺寸精度和形位公差要求严格，一般加工方法很难达到加工技术要求。
再者静子内环薄壁件材料为0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢，且其壁厚最薄处仅1.5mm，内腔复杂，加工难点主要体现在加工硬化严重、切削力大、切削温度高及刀具磨损严重等几个方面，因此现有技术的加工方法用料成本高、工序复杂、加工难度大，难以加工出合格的产品。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种有效减少零件变形程度、加工过程可控、加工精度高的静子内环薄壁件的加工方法。
本发明同时提供一种根据上述加工方法加工得到的静子内环薄壁件。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种静子内环薄壁件的加工方法，包括以下步骤：
S1.将静子内环薄壁件粗车坯上车床装夹，采用轴向夹紧方式，用工装对左端面支靠、右端面压紧；
S2.粗加工外圆和端面，外圆和端面各留0.2mm的加工余量；
S3.用80°内孔刀粗加工内孔外沿部分，留余量0.5mm；
S4.用35°内孔刀粗加工内孔转角槽部分，留余量0.5mm；
S5.用35°端面刀粗加工内孔下内壁和锥度部分，留余量0.5mm；
S6.用80°内孔刀粗加工内孔上内壁部分，留余量0.5mm；
S7.用35°端面刀粗加工内孔内槽，留余量0.5mm；
S8.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行半精加工，留余量0.2mm；
S9.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行精加工到尺寸。
进一步地，S2～S7加工步骤中的切削速度为60～80m/min，吃刀深度为0.5～1m，进给率为0.1～0.2m/min，转速为240r/min；S8～S9加工步骤中的切削速度为60～80m/min，进给率为0.1～0.2m/min。
进一步地，所述静子内环薄壁件采用0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢材料制作。
更进一步地，S2～S9加工步骤中的加工刀具均为不含Ti材料的刀具。
进一步地，S8步骤前先将右端面压紧的工装松开后再重新压紧，重新压紧的压紧力小于S1步骤中的压紧力。
进一步地，S9步骤前先将右端面压紧的工装松开后再重新压紧，重新压紧的压紧力小于S1步骤中的压紧力。
进一步地，S8步骤和S9步骤中吃刀深度减少0.2mm。
进一步地，S1中所述工装包括支靠工件、压板和压紧工件；
所述支靠工件包括内孔部和设于内孔部外周的凸起部，内孔部与静子内环薄壁件共用中心轴，凸起部直径与静子内环薄壁件中心孔适配，支靠工件外周还设有凸出于凸起部的限位部，所述限位部与静子内环薄壁件中心孔第一端面靠紧；
所述压板包括与静子内环薄壁件中心孔配合的安装部，还包括与安装部连接的凸台部，所述凸台部与中心孔第二端面靠紧，压板中心还设有与压紧工件配合的安装孔；
所述压紧工件包括压紧轴和压紧端面，所述压紧轴与压板的安装孔及支靠工件的内孔部配合连接，所述压紧端面设于压紧轴外圆表面，压紧端面靠紧压板设置。
更进一步地，所述压板的安装部与支靠工件的凸起部之间具有间隙。
采用上述加工方法加工得到的静子内环薄壁件光洁度好、精度高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）加工简单、快捷，且加工变形小，加工完成后椭圆度可控制在3丝以内，无需校正，产品精度可达使用要求；
2）各加工步骤的顺序安排合理，可有效避免静子内环薄壁件产生发弹、噪音大等问题，防止薄壁件产生较大内应力；
3）采用左端面支靠、右端面压紧的轴向压紧方式，可有效避免径向夹紧力导致的零件变形；
4）合理的刀具角度和切削参数设计，减少了加工过程中的切削力，增大了散热面积，降低了刀具的热磨损；
5）在半精加工和精加工步骤开始前对压紧工装进行先松开后重新压紧到位的操作，可释放因粗加工引起的内应力变形，提高静子内环薄壁件的加工精度；
6）各步骤的切削加工均采用适合加工不锈钢的不含Ti材料的刀具进行，避免刀具与静子内环薄壁件发生亲和作用而加剧磨损；
7）通过本发明的加工方法加工的静子内环薄壁件无接刀痕，光洁度好。
附图说明
图1为所述静子内环薄壁件的结构剖视图；
图2为所述静子内环薄壁件加工工艺流程图；
图3为所述静子内环薄壁件装夹示意图；
图4为所述静子内环薄壁件粗车坯局部结构示意图；
图5为所述静子内环薄壁件外圆和端面的粗加工示意图；
图6为所述静子内环薄壁件内孔外沿部分的粗加工示意图；
图7为所述静子内环薄壁件内孔转角槽部分的粗加工示意图；
图8为所述静子内环薄壁件内孔下内壁和锥度部分的粗加工示意图；
图9为所述静子内环薄壁件上内壁部分的粗加工示意图
图10为所述静子内环薄壁件内槽的粗加工示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例
如图1～10所示，一种静子内环薄壁件的加工方法，包括以下步骤：
S1.将静子内环薄壁件粗车坯上车床装夹，采用轴向夹紧方式，用工装对静子内环薄壁件左端面支靠、右端面压紧；
S2.粗加工外圆1和端面2，外圆和端面各留0.2mm的加工余量；
S3.用80°内孔刀粗加工内孔外沿部分3，留余量0.5mm；
S4.用35°内孔刀粗加工内孔转角槽部分4，留余量0.5mm；
S5.用35°端面刀粗加工内孔下内壁和锥度部分5，留余量0.5mm；
S6.用80°内孔刀粗加工内孔上内壁部分6，留余量0.5mm；
S7.用35°端面刀粗加工内孔内槽7，留余量0.5mm；
S8.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行半精加工，留余量0.2mm；
S9.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行精加工到尺寸。
本发明通过良好的轴向压紧方式，对后续粗加工过程中引起的内应力变形进行有效释放。
在走刀路径上，本发明采用全新的思路，先从静子内环薄壁件最薄弱的地方开始加工，再逐步向支靠面的部位进行切削，即尽量使切削力沿压紧方向走，有效防止静子内环薄壁件的变形发生。
具体地，由于各步骤所用的刀具角度不同，为更好地对静子内环薄壁件进行加工，刀具的切削部分安装角度也需不同，刀具具体包括切削部和夹持部，S1中为实现锥形的外圆面的加工，切削部需相对夹持部向内弯曲一个小角度；同样的，S2中由于刀具需伸至静子内环薄壁件的内孔中进行加工，其加工的是内孔外沿部分，该部分具有与外圆面一样的锥度，因此刀具的切削部也需相对夹持部向内弯曲一个小角度；S3中加工的是内孔转角槽部分，刀具的切削部宜与夹持部形成一个近乎90度的角度；S4和S5步骤中刀具的切削部均只需相对夹持部向内弯曲一个小角度；S6中加工的是内槽，同时由于内孔下内壁处锥度的存在，结合本实施例静子内环薄壁件的尺寸设置，刀具的切削部宜相对夹持部向内偏移18度角。
其中，S2～S7加工步骤中的切削速度为60～80m/min，吃刀深度为0.5～1m，进给率为0.1～0.2m/min，转速为240r/min；S8～S9加工步骤中的切削速度为60～80m/min，进给率为0.1～0.2m/min。
通过上述合适的切削参数的设置，减少了加工过程中的切削力，增大了散热面积，降低了刀具的热磨损，同时有效提高了静子内环薄壁件的加工尺寸精度。
具体地，经过多次加工试验，为达到静子内环薄壁件的最佳精度，各步骤中具体的进给率选用如下：S2步骤中进给率为0.12m/min；S3步骤中进给率为0.1m/min；S4步骤中进给率为0.1m/min；S5步骤中进给率为0.1m/min；S6步骤中进给率为0.12m/min；S7步骤中进给率为0.1m/min。
在各步骤的切削过程中，需对静子内环薄壁件进行充分冷却，以尽量减少其热变形。
此外由于刀具是在静子内环薄壁件内部进行加工，需要避免刀具和静子内环薄壁件内部结构发生干涉碰撞造成静子内环薄壁件报废，同时加工过程中需注意刀具磨损情况，保持刀具锋利。
静子内环薄壁件主要应用于航空件上，为保证其耐高温、耐腐蚀、抗氧化等多种特殊特性，优选地采用0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢材料制作。
同时，虽然Ti元素性能优异，将其添加至刀具中可提高刀具的各项性能，但为避免含Ti元素的刀具与采用0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢材料制作的静子内环薄壁件发生亲和作用而加剧磨损，S2～S9加工步骤中的加工刀具均选用不含Ti材料的刀具。
具体地，为有效释放因粗加工引起的内应力变形，在S8步骤前可先将右端面压紧的工装松开后再重新压紧，重新压紧的压紧力小于S1步骤中的压紧力。
相应的S9步骤前也可先将右端面压紧的工装松开后再重新压紧，有效释放半精加工引起的内应力变形，重新压紧的压紧力小于S1步骤中的压紧力。
在S8步骤和S9步骤中吃刀深度需减少0.2mm。
本实施例对静子内环薄壁件进行轴向夹紧的工装具体包括支靠工件81、压板82和压紧工件83。
其中支靠工件81包括内孔部811和设于内孔部外周的凸起部812，内孔部811与静子内环薄壁件共用中心轴，凸起部812直径与静子内环薄壁件中心孔适配，支靠工件81外周还设有凸出于凸起部812的限位部813，限位部813与静子内环薄壁件中心孔第一端面靠紧。
压板82包括与静子内环薄壁件中心孔配合的安装部821，还包括与安装部连接的凸台部822，凸台部822与中心孔第二端面靠紧，压板82中心还设有与压紧工件83配合的安装孔。
压紧工件83包括压紧轴831和压紧端面832，压紧轴831与压板的安装孔及支靠工件的内孔部811配合连接，压紧端面832设于压紧轴外圆表面，压紧端面832靠紧压板82设置。
具体地，压紧轴831与支靠工件的内孔部811为螺纹连接。
通过支靠工件与压板对静子内环薄壁件中心孔的两端进行装配限位，再采用压紧工件对压板进行压紧，实现了静子内环薄壁件在车床上的定位精度高和装夹可靠性，避免其在加工过程中发生松动影响最终加工精度。
进一步地为避免加工过程中，支靠工件的凸起部与压板的安装部发生挤压产生偏心力影响到刀具的切削力，本实施例中压板的安装部与支靠工件的凸起部之间设置有间隙，防止安装部和凸起部发生接触，当然这两者之间的间隙不宜过大，以免影响到静子内环薄壁件的装夹稳固性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将静子内环薄壁件粗车坯上车床装夹，采用轴向夹紧方式，用工装对左端面支靠、右端面压紧；
S2.粗加工外圆和端面，外圆和端面各留0.2mm的加工余量；
S3.用80°内孔刀粗加工内孔外沿部分，留余量0.5mm；
S4.用35°内孔刀粗加工内孔转角槽部分，留余量0.5mm；
S5.用35°端面刀粗加工内孔下内壁和锥度部分，留余量0.5mm；
S6.用80°内孔刀粗加工内孔上内壁部分，留余量0.5mm；
S7.用35°端面刀粗加工内孔内槽，留余量0.5mm；
S8.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行半精加工，留余量0.2mm；
S9.重复S2至S7步骤对静子内环薄壁件进行精加工到尺寸；
S1中所述工装包括支靠工件、压板和压紧工件；所述支靠工件包括内孔部和设于内孔部外周的凸起部，内孔部与静子内环薄壁件共用中心轴，凸起部直径与静子内环薄壁件中心孔适配，支靠工件外周还设有凸出于凸起部的限位部，所述限位部与静子内环薄壁件中心孔第一端面靠紧；
所述压板包括与静子内环薄壁件中心孔配合的安装部，还包括与安装部连接的凸台部，所述凸台部与中心孔第二端面靠紧，压板中心还设有与压紧工件配合的安装孔；
所述压紧工件包括压紧轴和压紧端面，所述压紧轴与压板的安装孔及支靠工件的内孔部配合连接，所述压紧端面设于压紧轴外圆表面，压紧端面靠紧压板设置。
2.根据权利要求1所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，S2～S7加工步骤中的切削速度为60～80m/min，吃刀深度为0.5～1m，进给率为0.1～0.2m/min，转速为240r/min；S8～S9加工步骤中的切削速度为60～80m/min，进给率为0.1～0.2m/min。
3.根据权利要求1所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，所述静子内环薄壁件采用0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢材料制作。
4.根据权利要求3所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，S2～S9加工步骤中的加工刀具均为不含Ti材料的刀具。
5.根据权利要求1所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，S8步骤前先将右端面压紧的工装松开后再重新压紧，重新压紧的压紧力小于S1步骤中的压紧力。
6.根据权利要求1所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，S9步骤前先将右端面压紧的工装松开后再重新压紧，重新压紧的压紧力小于S1步骤中的压紧力。
7.根据权利要求2所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，S8步骤和S9步骤中吃刀深度减少0.2mm。
8.根据权利要求1所述的静子内环薄壁件的加工方法，其特征在于，所述压板的安装部与支靠工件的凸起部之间具有间隙。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的静子内环薄壁件的加工方法加工得到的静子内环薄壁件。
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