CN111716082A - 一种难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，包括：制作零件的毛坯锻环；对毛坯锻环的外圆、内孔及端面进行粗车加工；消除零件应力；半精加工零件的外圆、内孔及端面；采用线切割加工出零件的凸台，同时得到零件研磨用压板；将压板与零件合为一体，通过研磨机对零件基准面进行研削；以零件基准面进行定位，平行磨削零件的凸台表面；零件自由状态粗切开口槽；对零件的开口槽进行热处理，使零件在自由状态下的开口槽尺寸变大并稳定；精磨零件基准面；以零件基准面进行定位，平行精磨零件的凸台表面；通过压缩工装将零件压缩到工作状态下，对零件外圆进行磨削，采用外圆定位后，工作状态下磨削零件内孔。本发明能保证零件加工质量，提高加工效率。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机及航空发动机制造领域，具体涉及一种难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，适用于如GH3536高温合金材料，磨削困难且易变形的零件。
背景技术
发动机中使用的涨圈是一种带切口及凸台的弹性密封件，涨圈利用本身弹力使其外圆紧贴在轴的内孔上，涨圈与轴无相对转动，在介质压力的作用下，涨圈的一个端面贴合涨圈槽的一侧产生相对运动，用液体进行润滑和堵漏，从而达到密封作用。这种涨圈结构新颖，材料难加工，零件尺寸和形位公差精度高，涨圈加工质量直接影响产品的使用性能。
发明内容
本发明针对以往对于这种结构及材料特殊的涨圈类零件难以加工的问题，提供一种难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，保证零件加工质量，提高加工效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，包括以下步骤：
(1)制作零件的毛坯锻环；
(2)对毛坯锻环的外圆、内孔及端面进行粗车加工；
(3)消除零件应力；
(4)半精加工零件的外圆、内孔及端面；
(5)采用线切割加工出零件的凸台，同时得到零件研磨用压板；
(6)将压板与零件合为一体，通过研磨机对零件基准面进行研削；
(7)以零件基准面进行定位，采用倒换压板方法，平行磨削零件的凸台表面；
(8)零件自由状态粗切开口槽；
(9)对零件的开口槽进行热处理，使零件在自由状态下的开口槽尺寸变大并稳定；
(10)精磨零件基准面；
(11)以零件基准面进行定位，采用倒换压板方法，平行精磨零件的凸台表面；
(12)先通过压缩工装将零件压缩到工作状态下，然后将零件装在夹具上，压紧零件后卸下压缩工装，最后对零件外圆进行磨削；
(13)零件采用外圆定位后，在工作状态下磨削零件内孔。
本发明所针对的难加工材料带凸台结构涨圈类零件，零件加工材料为GH3536，固溶后硬度HB≤240，零件工作状态下的直径为φ157mm，径向壁厚为4.7mm，零件轴向厚度为2mm，零件平行度为0.05mm，基准面平面度为0.02mm，零件自由状态有11mm的开口槽。
所述步骤(3)消除零件应力的具体操作为：首先检查零件表面无磕碰伤等缺陷，清洗零件，将零件装入真空炉，并将真空炉抽真空，然后将以10℃/分钟将炉温升到800℃，再以6℃/分钟将炉温升到870℃，保温零件1个小时，然后向炉内充氩气冷却，最后取出零件。
所述步骤(4)半精加工零件的外圆、内孔及端面的具体操作为：将零件采用车床上三爪进行定位装夹，然后用车刀进行外圆和端面以及内孔的车削加工，加工到离零件最终状态单边有1mm余量，此步骤主要目的为去除加工余量，并为后续加工提供定位夹紧表面。
所述步骤(5)采用线切割加工出零件凸台的具体操作为：将筒状零件压紧在线切割设备的工作台上，找正零件外圆母线表值不大于0.03，找正零件外圆表值不大于0.05，用彭丝法设定坐标原点，加工出带两个凸台的零件以及与零件凸台相配合的凹形料头，料头作为后续使用的压板；将零件二次装夹，切掉另一个凸台，保留其中设计要求的凸台。
步骤(6)所述的研磨机采用MM8120S精密研磨机，将合为一体的压板与零件放置在研磨机的隔板内，在压板上添加配重对零件的平面进行研磨。
步骤(7)与步骤(11)所述的倒换压板方法具体操作为：
将零件装夹在夹具中，先用压板压紧凸台和其相对位置，采用平面磨床磨削凸台两侧的表面，然后将压板调整到磨削过的表面，转动夹具，磨削剩余表面，完成加工。
所述的步骤(9)对零件的开口槽进行热处理时采用限位工装限定零件在自由状态下的开口尺寸，热处理的具体操作为：首先检查零件和定型夹具无油污，检查零件开口槽尺寸为0.6mm，翘曲度为0.03mm；然后用超声波清洗零件和定型夹具并晾干；最后，将零件装在定型夹具内，并保证零件开口槽尺寸在10～12mm之内，将零件装入真空炉，并将真空炉抽真空，然后以10℃/分钟将炉温升到800℃，再以6℃/分钟将炉温升到980℃，保温零件2个小时，最后向炉内充氩气冷却，随后取出零件；完成零件的弹性定型。
步骤(10)精磨零件基准面的具体操作为：采用MM8120S精密研磨机，将合为一体的压板与零件放置在研磨机的隔板内，在压板上添加配重对零件的平面再次进行精密研磨。
步骤(11)对零件外圆进行磨削的具体操作为：将零件装入限定工装内，调整工装上多处限位装置，保证零件开口槽大小在0.6～0.8mm之内，然后转入机床上找正在0.01mm之内夹具上，压紧零件，取下限位工装，采用外圆磨床磨削外圆到设计图尺寸，机床转速为1440r/min，切削深度为0.02mm；步骤(12)在工作状态下磨削零件内孔的具体操作为：找正夹具端跳动和径向跳动在0.02mm之内，将零件装入夹具内孔中，压紧零件，采用内孔磨床加工内孔到设计要求尺寸，其机床转速为4000r/min，切削深度为0.01mm。
相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：通过合理工艺方法合理切削参数和工装夹具，并通过巧妙利用线切割料头制作压板配合零件进行磨削平面加工，由于零件材料为非磁性材料，采用手工零件磨削困难，效率低下。且零件基准平面平面度好坏，影响后续加工质量，为了提高加工效率，且提高产品质量，采用研磨机进行平面加工。首先将零件与由线切割料头得到的压板与零件凹凸相配贴合，贴合后零件与压板合为一体，本发明的加工方式经济实惠，加工质量可靠稳定，大大提高了加工效率。本申请通过合理工艺方法、切削参数及优化工装夹具，巧妙利用线切割零件所剩料头制作压板配合零件，线切割料头得到的压板与零件凹凸相配贴合，贴合后零件与压板合为一体，并采用研磨机磨削基准平面，有效解决了非磁性超薄零件手工研磨难度大，效率低、加工质量不稳定等问题，实现了设备加工代替人工加工，大大降低了人的劳动强度，提高经济效益。
进一步的，采用定型工装以及真空热处理技术，将零件开口槽自由状态下大小调整为 0.6～0.7mm，定型保证开口槽尺寸为10～12mm之内，完成零件材料GH3536弹性定型。
进一步的，将零件装入限定工装内，调整工装多处限位装置，保证零件开口槽的大小在0.6～0.8mm之内，然后转入机床上找正在0.01mm之内夹具上，压紧零件，取下限位工装，采用外圆磨床磨削外圆到设计图尺寸，这样加工保证零件在工作状态的一致性。
附图说明
图1难加工材料带凸台结构涨圈类零件结构示意图；
图2零件毛坯加工尺寸位置示意图；
图3零件半精加工内外表面示意图；
图4线切割出的零件和压板示意图；
图5压板与零件合为一体的示意图；
图6零件的开口槽进行热处理后的加工尺寸位置示意图；
图7(a)对零件外圆进行磨削的加工尺寸位置俯视图；
图7(b)对零件外圆进行磨削的加工尺寸位置侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明提供一种难加工材料带凸台结构涨圈的加工方法，其步骤如下：
(1)制作毛坯锻环(如图2)；
(2)零件车加工内外表面；
(3)零件消除应力；
(4)零件半精加工内外表面，如图3，零件以端面和外圆定位，采用三爪夹紧零件，采用车刀车削外圆和端面，加工切削参数主轴转速400r/min，切削深度为0.5mm，进给速度为0.2mm/r，完成零件半精加工保证，内孔尺寸和技术的条件。
(5)零件线切割凸台(如图4)；
零件线切割凸台时，同时切出零件研磨用压板；
(6)磨削零件基准面，如图5所示，由于零件材料为非磁性材料，采用手工零件磨削困难，效率低下。且零件基准平面平面度好坏，影响后续加工质量，为了提高加工效率，且提高产品质量，采用研磨机进行平面加工。首先将零件与线切割的了料头切割的压板与零件凹凸相配贴合，贴合后零件与压板合为一体，将零件放置在精密研磨机MM8120S隔板内，在零件压板上添加配重进行零件平面研磨，即可保证零件平面度0.02mm。
(7)平面磨另一表面；
以研磨过的平面定位，采用倒换压板方法，磨削带凸台表面，保证平行度；
(8)线切割粗切开口槽；
(9)热处理涨开开口槽(如图6)；
采用热处理技术和限位工装使得零件在自由状态下的开口槽尺寸变大。
(10)精磨零件基准面；
(11)精磨另一表面；
(12)磨削外圆，如图7(a)和图7(b)所示，零件采用工装将零件压缩工作状态下，后把零件装在夹具上，压紧零件后，卸下压缩工装后磨削零件外圆。
(13)磨削内孔；
零件采用外圆定位后，零件在工作状态下磨削内孔。
在一种实施例当中，零件加工材料为GH3536，固溶后硬度HB≤240，零件工作状态下的直径为φ157mm，径向壁厚为4.7mm，零件轴向厚度为2mm，零件平行度为0.05mm，基准面平面度为0.02mm，零件自由状态有11mm的开口槽。本发明加工方法包括以下步骤：
(1)制作零件的毛坯锻环；
(2)对毛坯锻环的外圆、内孔及端面进行粗车加工；
(3)消除零件应力，具体操作为：首先检查零件表面无磕碰伤等缺陷，清洗零件，将零件装入真空炉，并将真空炉抽真空，然后将以10℃/分钟将炉温升到800℃，再以6℃/分钟将炉温升到870℃，保温零件1个小时，然后向炉内充氩气冷却，最后取出零件。
(4)半精加工零件的外圆、内孔及端面；具体的操作为：将零件采用车床上三爪进行定位装夹，然后用车刀进行外圆和端面以及内孔的车削加工，加工到离零件最终状态单边有1mm余量，此步骤主要目的为去除加工余量，并为后续加工提供定位夹紧表面。
(5)采用线切割加工出零件的凸台，同时得到零件研磨用压板；将筒状零件压紧在线切割设备的工作台上，找正零件外圆母线表值不大于0.03，找正零件外圆表值不大于0.05，用彭丝法设定坐标原点，加工出带两个凸台的零件以及与零件凸台相配合的凹形料头，料头作为后续使用的压板；将零件二次装夹，切掉另一个凸台，保留其中设计要求的凸台。
(6)将压板与零件合为一体，通过MM8120S精密研磨机对零件基准面进行磨削，将合为一体的压板与零件放置在研磨机的隔板内，在压板上添加配重对零件的平面进行研磨。
(7)以零件基准面进行定位，采用倒换压板方法，平行磨削零件的凸台表面；倒换压板方法为：将零件装夹在夹具中，先用压板压紧凸台和其相对位置，采用平面磨床磨削凸台两侧的表面，然后将压板调整到磨削过的表面，转动夹具，磨削剩余表面，完成加工。
(8)零件自由状态粗切缺口；
(9)对零件的缺口进行热处理，使零件在自由状态下的开口尺寸变大并稳定；采用限位工装限定零件在自由状态下的开口尺寸，首先检查零件和定型夹具无油污，检查零件开口槽尺寸为0.6mm，翘曲度为0.03mm；然后用超声波清洗零件和定型夹具并晾干；最后，将零件装在定型夹具内，并保证零件开口槽尺寸在10～12mm之内，将零件装入真空炉，并将真空炉抽真空，然后以10℃/分钟将炉温升到800℃，再以6℃/分钟将炉温升到980℃，保温零件2个小时，最后向炉内充氩气冷却，随后取出零件；完成零件的弹性定型。
(10)精磨零件基准面；采用MM8120S精密研磨机，将合为一体的压板与零件放置在研磨机的隔板内，在压板上添加配重对零件的平面再次进行精密研磨。
(11)以零件基准面进行定位，采用倒换压板方法，平行精磨零件的凸台表面；
具体的，将零件装入限定工装内，调整工装上多处限位装置，保证零件开口槽大小在 0.6～0.8mm之内，然后转入机床上找正在0.01mm之内夹具上，压紧零件，取下限位工装，采用外圆磨床磨削外圆到设计图尺寸，机床转速为1440r/min，切削深度为0.02mm；
(12)先通过压缩工装将零件压缩到工作状态下，然后将零件装在夹具上，压紧零件后卸下压缩工装，最后对零件外圆进行磨削；在工作状态下磨削零件内孔的具体操作为：找正夹具端跳动和径向跳动在0.02mm之内，将零件装入夹具内孔中，压紧零件，采用内孔磨床加工内孔到设计要求尺寸，其机床转速为4000r/min，切削深度为0.01mm。
(13)零件采用外圆定位后，在工作状态下磨削零件内孔。
以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书涵盖的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作零件的毛坯锻环；
(2)对毛坯锻环的外圆、内孔及端面进行粗车加工；
(3)消除零件应力；
(4)半精加工零件的外圆、内孔及端面；
(5)采用线切割加工出零件的凸台，同时得到零件研磨用压板；
(6)将压板与零件合为一体，通过研磨机对零件基准面进行研削；
(7)以零件基准面进行定位，采用倒换压板方法，平行磨削零件的凸台表面；
(8)零件自由状态粗切开口槽；
(9)对零件的开口槽进行热处理，使零件在自由状态下的开口槽尺寸变大并稳定；
(10)精磨零件基准面；
(11)以零件基准面进行定位，采用倒换压板方法，平行精磨零件的凸台表面；
(12)先通过压缩工装将零件压缩到工作状态下，然后将零件装在夹具上，压紧零件后卸下压缩工装，最后对零件外圆进行磨削；
(13)零件采用外圆定位后，在工作状态下磨削零件内孔。
2.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于：零件加工材料为GH3536，固溶后硬度HB≤240，零件工作状态下的直径为φ157mm，径向壁厚为4.7mm，零件轴向厚度为2mm，零件平行度为0.05mm，基准面平面度为0.02mm，零件自由状态有11mm的开口槽。
3.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)消除零件应力的具体操作为：首先检查零件表面无磕碰伤等缺陷，清洗零件，将零件装入真空炉，并将真空炉抽真空，然后将以10℃/分钟将炉温升到800℃，再以6℃/分钟将炉温升到870℃，保温零件1个小时，然后向炉内充氩气冷却，最后取出零件。
4.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，所述步骤(4)半精加工零件的外圆、内孔及端面的具体操作为：将零件采用车床上三爪进行定位装夹，然后用车刀进行外圆和端面以及内孔的车削加工，加工到离零件最终状态单边有1mm余量，此步骤主要目的为去除加工余量，并为后续加工提供定位夹紧表面。
5.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，所述步骤(5)采用线切割加工出零件凸台的具体操作为：将筒状零件压紧在线切割设备的工作台上，找正零件外圆母线表值不大于0.03，找正零件外圆表值不大于0.05，用碰丝法设定坐标原点，加工出带两个凸台的零件以及与零件凸台相配合的凹形料头，料头作为后续使用的压板；将零件二次装夹，切掉另一个凸台，保留其中一处设计要求的凸台。
6.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，步骤(6)所述的研磨机采用MM8120S精密研磨机，将合为一体的压板与零件放置在研磨机的隔板内，在压板上添加配重对零件的平面进行研磨。
7.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，步骤(7)与步骤(11)所述的倒换压板方法具体操作为：
将零件装夹在夹具中，先用压板压紧凸台和其相对位置，采用平面磨床磨削凸台两侧的表面，然后将压板调整到磨削过的表面，转动夹具，磨削剩余表面，完成加工。
8.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，所述的步骤(9)对零件的缺口进行热处理时采用限位工装限定零件在自由状态下的开口槽尺寸，热处理的具体操作为：首先检查零件和定型夹具无油污，检查零件开口槽尺寸为0.6mm，翘曲度为0.03mm；然后用超声波清洗零件和定型夹具并晾干；最后，将零件装在定型夹具内，并保证零件开口槽尺寸在10～12mm之内，将零件装入真空炉，并将真空炉抽真空，然后以10℃/分钟将炉温升到800℃，再以6℃/分钟将炉温升到980℃，保温零件2个小时，最后向炉内充氩气冷却，随后取出零件；完成零件的弹性定型。
9.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，所述步骤(10)精磨零件基准面的具体操作为：采用MM8120S精密研磨机，将合为一体的压板与零件放置在研磨机的隔板内，在压板上添加配重对零件的平面再次进行精密研磨。
10.根据权利要求1所述难加工材料带凸台结构涨圈类零件的加工方法，其特征在于，步骤(11)对零件外圆进行磨削的具体操作为：将零件装入限定工装内，调整工装上多处限位装置，保证零件开口槽大小在0.6～0.8mm之内，然后装入机床上找正在0.01mm之内夹具上，压紧零件，取下限位工装，采用外圆磨床磨削外圆到设计图尺寸，机床转速为1440r/min，切削深度为0.02mm；步骤(12)在工作状态下磨削零件内孔的具体操作为：找正夹具端跳动和径向跳动在0.02mm之内，将零件装入夹具内孔中，压紧零件，采用内孔磨床加工内孔到设计要求尺寸，其机床转速为4000r/min，切削深度为0.01mm。
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