CN112935281B - 用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法 - Google Patents

用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其包括以下步骤：S1、根据待加工零件结构的特征，选定需要进行车削工艺控制的表面；S2、选择合适的刀具切削参数和刀具寿命车削零件；S3、根据实际需要在制定的接刀位置进行接刀；S4、对于部分没有给出接刀痕位置的圆弧相切面，若需多次加工，则进出刀的加工轨迹应与圆弧相切。本发明通过对航空发动机零件车削表面的加工参数、刀具寿命、接刀痕位置、形式、结构尺寸和加工方式等方面的控制，从而实现提高车削表面完整性的控制方法，改变了以前接刀痕形貌各异，检测验收难度大，疲劳性能差等情况，填补了在零件车削控制细节要求上的空白，为表面完整性的深入研究奠定了基础。

Description

用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法。
背景技术
航空发动机是飞机的心脏，是决定飞机性能和安全的重要因素之一。而发动机中的盘、轴、鼓筒、轴颈等零件又是发动机的核心旋转件，都需要进行车削加工来保证零件旋转型面的尺寸公差。这些零件均在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作，其车削表面的完整性将直接影响到发动机的使用寿命和安全可靠性。
现有大量的实践和故障分析已经表明，在航空发动机零部件的失效案例中，疲劳破坏占相当大的比重，而疲劳破坏通常起源于零件表面。
零件车削表面的完整性除了可直接目视的表面粗糙度，最重要的还有表面残余应力和接刀痕。表面残余应力主要受切削参数和刀具磨损状态影响，而接刀痕主要因接刀位置、接刀形式，接刀结构尺寸和加工方式等不一致而不同。
目前航空发动机对车削表面完整性的控制还没有比较成熟的控制方法，再加上检测方法不明确，人为主观判定的影响因素较大，使得零件车削表面完整性不好且一致性差。
有鉴于此，本领域技术人员改进了零件车削表面的加工控制方法，以期克服上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中航空发动机零部件车削表面完整性不好且一致性差等缺陷，提供一种用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特点在于，所述加工控制方法包括以下步骤：
S1、根据待加工零件结构的特征，选定需要进行车削工艺控制的表面；
S2、选择合适的刀具切削参数和刀具寿命车削零件；
S3、根据实际需要在制定的接刀位置进行接刀；
S4、对于部分没有给出接刀痕位置的圆弧相切面，若需多次加工，则进出刀的加工轨迹应与圆弧相切。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S1中车削工艺控制的表面为零件所有车削表面或部分表面。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S1中包括根据零件的应力分布状态和结构复杂性，选定车削接刀痕位置。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中具体包括：在去除距离零件最终表面≤0.5mm的材料时，应对车削刀具的切削速度、进给率和刀具磨损进行控制。
根据本发明的一个实施例，在车削距离零件最终表面≤0.5mm的钛基合金材料时，硬质合金刀具的车削速度范围为10～80m/min，进给率范围为≤0.25mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
根据本发明的一个实施例，在车削距离零件最终表面≤0.25mm的钛基合金材料时，硬质合金刀具的车削速度范围为10～80m/min，进给率范围为≤0.25mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中刀具切削参数还需满足以下要求：
在车削距离零件最终表面≤0.5mm的镍基合金材料时，硬质合金刀具车削速度范围为10～60m/min，进给率范围为≤0.20mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
根据本发明的一个实施例，在车削距离零件最终表面≤0.25mm的镍基合金材料时，硬质合金刀具车削速度范围为10～60m/min，进给率范围为≤0.20mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S3需要满足以下要求：
所述接刀的形式为单边台阶式、双边外凸式或双边内凹式，所述接刀包括接刀内圆角、接刀外圆角和接刀台阶。
根据本发明的一个实施例，所述接刀台阶高度的范围为≤0.10mm，所述接刀的内半径的范围为≥2mm，所述接刀的外半径的范围为≥5mm。
根据本发明的一个实施例，当所述接刀的形式为双边外凸式，则所述双边外凸式的两处接刀痕之间的距离≥5mm。
根据本发明的一个实施例，当所述接刀的形式为双边内凹式，则所述双边内凹式的两处接刀痕之间的距离≥12mm。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中所述进出刀的加工轨迹与圆弧相切的进出相切角度范围为2°～8°。
本发明的积极进步效果在于：
本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法通过对航空发动机零件车削表面的加工参数、刀具寿命、接刀痕位置、形式、结构尺寸和加工方式等方面的控制，从而实现提高车削表面完整性的控制方法，改变了以前接刀痕形貌各异，检测验收难度大，疲劳性能差等情况，填补了在零件车削控制细节要求上的空白，为表面完整性的深入研究奠定了基础。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中车削表面的示意图。
图2为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为单边台阶式的结构示意图一。
图3为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为单边台阶式的结构示意图二。
图4为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为双边外凸式的结构示意图。
图5为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为双边内凹式的结构示意图。
图6为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中圆弧相切面进出刀示意图。
【附图标记】
接刀内圆角 10
接刀外圆角 20
接刀台阶 30
接刀台阶高度 h
接刀的内半径 r1
接刀的外半径 r2
双边外凸式的两处接刀痕之间的距离 d1
双边内凹式的两处接刀痕之间的距离 d2
进出相切角度 b
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中车削表面的示意图。图2为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为单边台阶式的结构示意图一。图3为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为单边台阶式的结构示意图二。图4为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为双边外凸式的结构示意图。图5为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中接刀结构为双边内凹式的结构示意图。图6为本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法中圆弧相切面进出刀示意图。
如图1至图6所示，本发明公开了一种用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1、根据待加工零件结构的特征，选定需要进行车削工艺控制的表面。此处根据零件结构特征的重要性和关键性选定需要进行车削工艺控制的表面。
所述步骤S1中车削工艺控制的表面为零件所有车削表面或部分表面。如图1所示，根据需要可以要求所有车削表面进行车削工艺控制，或仅对区域A、区域B和区域C三个区域的车削表面进行车削工艺控制。
同时，所述步骤S1中包括根据零件的应力分布状态和结构复杂性，选定车削接刀痕位置。如图1所示，除指定的四处位置a允许接刀位置外，其他车削表面都不允许有接刀痕。接刀痕的位置不应设在零件的高应力表面，以及基准表面、装配表面、曲面表面、圆角表面、倒角表面和表面上还有孔、槽、花边等其他特征的表面。
步骤S2、根据前期的工作经验或试验数据，选择合适的刀具切削参数和刀具寿命车削零件。
当刀具的后刀面磨损值大于0.3mm时，表明刀具寿命已经结束，必须更换新刀具才能进行后续的加工。
所述步骤S2中具体包括：在去除距离零件最终表面≤0.5mm(优选为≤0.25mm)的材料时，应对车削刀具的切削速度、进给率和刀具磨损进行控制。
进一步具体地，所述步骤S2中刀具切削参数需满足以下要求：
在车削距离零件最终表面≤0.5mm(优选为≤0.25mm)，的钛基合金材料时，硬质合金刀具的车削速度范围为10～80m/min，进给率范围为≤0.25mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
所述步骤S2中刀具切削参数还需满足以下要求：
在车削距离零件最终表面≤0.5mm(优选为≤0.25mm)的镍基合金材料时，硬质合金刀具车削速度范围为10～60m/min，进给率范围为≤0.20mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
其中硬质合金刀具可以具有涂层或者不设置涂层都可以。
步骤S3、根据实际需要在制定的接刀位置进行接刀。
所述步骤S3需要满足以下要求：
如图2所示，所述接刀的形式为单边台阶式、双边外凸式或双边内凹式，所述接刀包括接刀内圆角10、接刀外圆角20和接刀台阶30。
其中，所述接刀台阶高度h的范围为≤0.10mm，优选为≤0.05mm。所述接刀的内半径r1的范围为≥2mm，优选为≥4mm。所述接刀的外半径r2的范围为≥5mm，优选为≥10mm。
当所述接刀的形式为双边外凸式，则所述双边外凸式的两处接刀痕之间的距离d1≥5mm，优选为≥8mm。
当所述接刀的形式为双边内凹式，则所述双边内凹式的两处接刀痕之间的距离d2≥12mm，优选为≥15mm。
步骤S4、对于部分没有给出接刀痕位置的圆弧相切面(如图3所示)，若需多次加工，则进出刀的加工轨迹应与圆弧相切。
优选地，所述步骤S4中所述进出刀的加工轨迹与圆弧相切的进出相切角度b范围为2°～8°，优选为3°～5°。
如上所述，零件的车削表面通过对车削加工参数、刀具寿命、接刀痕位置、形式、结构尺寸和加工方式等方面的详细控制，达到了提高零件车削表面完整性的目的，进而保障了航空发动机的使用寿命和安全可靠性。
综上所述，本发明用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法通过对航空发动机零件车削表面的加工参数、刀具寿命、接刀痕位置、形式、结构尺寸和加工方式等方面的控制，从而实现提高车削表面完整性的控制方法，改变了以前接刀痕形貌各异，检测验收难度大，疲劳性能差等情况，填补了在零件车削控制细节要求上的空白，为表面完整性的深入研究奠定了基础。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，所述加工控制方法包括以下步骤：
S1、根据待加工零件结构的特征，选定需要进行车削工艺控制的表面；
S2、选择合适的刀具切削参数和刀具寿命车削零件；
S3、根据实际需要在制定的接刀位置进行接刀；
S4、对于部分没有给出接刀痕位置的圆弧相切面，若需多次加工，则进出刀的加工轨迹应与圆弧相切；
所述步骤S2中具体包括：在去除距离零件最终表面≤0.5mm的材料时，应对车削刀具的切削速度、进给率和刀具磨损进行控制；
所述步骤S1中车削工艺控制的表面为零件所有车削表面或部分表面；
所述步骤S1中包括根据零件的应力分布状态和结构复杂性，选定车削接刀痕位置；
所述步骤S3需要满足以下要求：
所述接刀的形式为单边台阶式、双边外凸式或双边内凹式，所述接刀包括接刀内圆角、接刀外圆角和接刀台阶。
2.如权利要求1所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，在车削距离零件最终表面≤0.5mm的钛基合金材料时，硬质合金刀具的车削速度范围为10～80m/min，进给率范围为≤0.25mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
3.如权利要求2所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，在车削距离零件最终表面≤0.25mm的钛基合金材料时，硬质合金刀具的车削速度范围为10～80m/min，进给率范围为≤0.25mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
4.如权利要求1所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，在车削距离零件最终表面≤0.5mm的镍基合金材料时，硬质合金刀具车削速度范围为10～60m/min，进给率范围为≤0.20mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
5.如权利要求4所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，在车削距离零件最终表面≤0.25mm的镍基合金材料时，硬质合金刀具车削速度范围为10～60m/min，进给率范围为≤0.20mm/rev，车削刀具的后刀面磨损值范围为≤0.3mm。
6.如权利要求1所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，所述接刀台阶高度的范围为≤0.10mm，所述接刀的内半径的范围为≥2mm，所述接刀的外半径的范围为≥5mm。
7.如权利要求1所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，当所述接刀的形式为双边外凸式，则所述双边外凸式的两处接刀痕之间的距离≥5mm。
8.如权利要求1所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，当所述接刀的形式为双边内凹式，则所述双边内凹式的两处接刀痕之间的距离≥12mm。
9.如权利要求1所述的用于提高零件车削表面完整性的加工控制方法，其特征在于，所述步骤S4中所述进出刀的加工轨迹与圆弧相切的进出相切角度范围为2°～8°。
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