CN116984837A - 一种高精度薄壁弹性环的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度薄壁弹性环的加工方法，包括以环形件作为坯料，对环形件的内孔表面、外圆表面、两个轴向端面依次进行粗加工和半精加工，接着进行去应力热处理，然后精磨和研磨两个轴向端面，再采用慢走丝切割方式在加工内孔、内孔表面凸台、外圆和外圆表面凸台，最后对内孔、内孔表面凸台、外圆和外圆表面凸台的对应型面进行精密抛光，获得弹性环成品。本发明根据零件结构特性设定相应的粗加工、半精加工、精加工工序以及粗加工后进行的去应力热处理工序，为后续零件进行慢走丝精加工奠定基础，配合慢走丝重复切割保证零件技术条件，特别是设计了3处工艺台，三角形稳定性原理既保证了零件加工过程中的稳定性，又满足了零件切割时应力释放空间，还控制了零件变形量。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机制造领域，涉及高精度薄壁弹性环的工艺制造方法，特别是慢走丝重复切割技术。
背景技术
航空发动机风扇轴承机匣使用的弹性环，属于高精度薄壁环形重要件，零件外圆与支撑座组件相配，内孔与轴承相配，精度达到IT5级，零件壁厚不大于1.6mm，变形极难控制，导致垂直度≤0.02、平行度≤0.02、跳动≤0.02的技术要求难以保证；内孔和外圆公差≤0.01，内孔和外圆表面分别有6处高为0.17～0.23mm、宽为3.9～4.1mm的均布凸台，凸台和端面表面粗糙度≤0.8，径向有24处均布Φ0.8小孔，使用传统加工方法如数控铣削加工和线切割加工均难以实现零件加工合格，薄壁弹性环结构如图1～图5所示。
发明内容
本发明旨在提供一种高精度薄壁弹性环的加工方法，高效、高质地完成薄壁弹性环的加工，满足薄壁弹性环精度、垂直度、平行度、跳动、内孔和外圆公差以及表面粗糙度的要求，进一步，探索总结高精度薄壁弹性环的工艺制造方法，以及慢走丝重复切割技术的应用方法，为同类零件的加工奠定基础。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种高精度薄壁弹性环的加工方法，所述弹性环的内孔和外圆上分布有凸台，弹性环的内孔和外圆有公差要求，弹性环的轴向端面和凸台表面有粗糙度要求，弹性环的加工方法包括以下步骤，
步骤一：以环形件作为坯料，对环形件的内孔表面、外圆表面、两个轴向端面依次进行粗加工和半精加工，获得半成品零件；
步骤二：对步骤一中获得的半成品零件进行去应力热处理；
步骤三：对步骤二中获得的半成品零件的两个轴向端面进行精磨和研磨处理；
步骤四：采用慢走丝切割方式在步骤三获得的半成品零件上加工内孔、内孔表面凸台、外圆和外圆表面凸台；
步骤五：对步骤四获得的半成品零件的内孔、内孔表面凸台、外圆和外圆表面凸台的对应型面进行精密抛光，获得弹性环成品。
进一步，所述弹性环的壁厚小于等于1.4mm。
作为一种选择，所述步骤一中，粗加工采用铣削或车削去除坯料的大部分余量，半精加工采用铣削或车削将薄壁弹性环的表面轮廓形状加工出来，并留取少量加工余量。
所述步骤二中，薄壁弹性环在切削加工过程中产生了内应力，若应力较大而未及时予以去除，常导致零件变形甚至形成裂纹。为了消除零件内部残余应力需要进行去应力热处理。去应力热处理是将切削加工后的零件缓慢加热到较低温度(例如钢是500～600℃)，保温一段时间，使金属内部发生弛豫，然后缓冷下来。去应力热处理不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的有害影响。
作为一种选择，所述步骤三中，精磨两个轴向端面采用平面磨床磨削加工，保证轴向长度尺寸公差和平行度，在完成精磨后继续研磨。研磨是在精磨基础上，利用涂敷或压嵌在研具上的磨粒颗粒，通过研具与零件在一定压力下的相对运动对加工表面进行精整加工。
作为一种选择，所述步骤四中，慢走丝切割又包括以下步骤：
步骤A，在步骤三中获得的半成品零件的轴向端面上加工出穿丝孔(慢走丝加工前，提前加工出来的工艺孔，用于慢走丝加工前的穿丝)，穿丝孔到半成品零件中心的最小距离大于半成品零件的外圆直径，外圆直径外侧的区域作为外圈；
步骤B，以内孔和穿丝孔为起点，慢走丝粗切半成品零件的内孔型面、外圆型面、内孔表面凸台型面和外圆表面凸台型面，粗切后的型面均留单边余量，粗切外圆表面凸台型面和外圆型面的过程中，保留其中三个外圆表面凸台与外圈连接不切断，从而形成三处工艺台；
步骤C，再次采用慢走丝半精切步骤B中已完成粗切的内孔型面、外圆型面、内孔表面凸台型面和外圆表面凸台型面，半精切后的型面均留单边余量；
步骤D，再次采用慢走丝精切步骤C中已完成半精切的内孔型面、外圆型面、内孔表面凸台型面和外圆表面凸台型面，直到满足设计要求的尺寸和表面粗糙度，然后切断三处工艺台，使得外圈与外圆表面凸台脱离。
作为一种选择，所述步骤五中，精密抛光采用精密金相砂纸去除慢走丝切割后半成品零件表面残余的烧蚀层(慢走丝后零件表面会有轻微的烧蚀)。
作为一种选择，所述步骤五之后还包括步骤六，步骤六又包括弹性环成品的内孔间隙和外圆间隙检查。
进一步，所述弹性环成品的内孔间隙检查采用芯棒插入弹性环成品内孔的方式，通过测量内孔与芯棒外圆之间的配合间隙实现检查。
进一步，所述弹性环成品的外圆间隙检查采用环圈套接在弹性环成品外圆的方式，通过测量环圈内圆与弹性环成品外圆之间的配合间隙实现检查。
与现有技术相比，本发明探索出了一种高精度薄壁弹性环的工艺制造方法以及配合使用的慢走丝重复切割方法，能让零件保质、保量且较高效率地实现加工，适宜各个生产厂家采纳和推广应用。
本发明的加工方法具备以下特点：
(1)确立了高精度薄壁弹性环的工艺路线，关键在于解决零件变形问题、高精度尺寸和技术条件，根据零件结构特性设定相应的粗加工、半精加工、精加工工序以及粗加工后进行的去应力热处理工序，为后续零件进行慢走丝精加工奠定基础。
(2)慢走丝重复切割结构设计对保证零件技术条件起到关键作用，本发明设计选用3处工艺台，三角形稳定性原理既保证了零件加工过程中的稳定性，又满足了零件第1遍切割时应力释放空间，还控制了零件变形量，克服了薄壁弹性环因壁厚过小产生的加工变形问题。
(3)零件实际加工效率高、效果好，高精度薄壁弹性环采用本发明的方法进行精密加工，效率提高了2倍，合格率显著提升。
本发明采用慢走丝重复切割配合特定的加工路线解决了高精度薄壁弹性环的加工难题，能实现零件保质、保量地实现加工，进一步，在本发明加工思路的基础上试验摸索，可以推广到更多同类薄壁弹性环类零件的加工领域。
附图说明
图1是本发明中薄壁弹性环结构示意图；
图2是图1中C-C剖面示意图；
图3是图1中区域G处外凸台的放大示意图；
图4是图1中区域J处内凸台的放大示意图；
图5是本发明中薄壁弹性环立体图；
图6是本发明中带有工艺台的弹性环加工方案示意图；
图7是本发明中弹性环检测芯棒结构意图；
图8是本发明中弹性环检测环圈结构意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
如图1～图5所示，本发明结合高精度薄壁弹性环的结构特点进行了加工方法的摸索和确立。
首先，该零件属于高精度薄壁环形零件，径向尺寸和凸台技术要求高，传统的车、铣、磨加工难以满足该要求。故而本发明中重点考虑加工方法的选择、零件加工过程中变形的影响、测量方法的选择。
第一步，将零件坯料分别进行粗加工、半精加工；
第二步，进行去应力热处理，保证零件内部组织均匀，减小后续加工变形量；
第三步，精磨和研磨零件两端面，保证端面粗糙度≤0.2和平面度为0.005，使用端面定位作为轴向基准保证零件切割后的垂直度满足0.02；
第四步，采用慢走丝重复切割技术完成加工内孔内凸台0.17～0.23、外圆外凸台0.17～0.23的尺寸加工；
第五步，将零件与工艺台切断后对型面进行精密抛光，按图7和图8所示，分别制作专用芯棒和环圈进行检测，利用芯棒的外圆尺寸以及环圈的内圆尺寸实施检测，芯棒和环圈与零件内孔和外圆配合间隙均为0.015～0.025。
针对上述第四步中的慢走丝重复切割，其思路设计如下：
由于薄壁弹性环的结构特性，于是采用两端面定位压紧加工零件，零件切断后基体自然脱落。为实现零件重复切割加工并保证产品质量，通过多次加工试验，设计了零件工艺结构和加工流程如下：
Ⅰ.在零件端面轴向均布钻3处的穿丝孔(3处穿丝孔确定同一平面)，穿丝孔所在位置距离零件外圆直径1.5mm以上(或者理解为3个穿丝孔对应的内切圆直径比弹性环外圆直径大1.5mm以上)；
Ⅱ.粗切型面，利用穿丝孔穿丝后开始粗切型面，包括内孔、外圆、内凸台和外凸台，切后单边留0.3mm余量，按图6进行，关键点在于加工出图6所示的3处工艺台，工艺台与零件连接处弧长1mm(弹性环周向方向连接圆弧的长度)，3处工艺台按照同一圆周均布，释放零件内部大部分应力；
Ⅲ.按流程II型面结构半精切加工，切后单边留0.05mm余量；
Ⅳ.精切零件型面，保证慢走丝切割尺寸和表面粗糙度。
第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ步分别实现一次切割成型，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面质量的目的。
本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (9)
1.一种高精度薄壁弹性环的加工方法，所述弹性环的内孔和外圆上分布有凸台，弹性环的内孔和外圆有公差要求，弹性环的轴向端面和凸台表面有粗糙度要求，其特征在于：弹性环的加工方法包括以下步骤，
步骤一：以环形件作为坯料，对环形件的内孔表面、外圆表面、两个轴向端面依次进行粗加工和半精加工，获得半成品零件；
步骤二：对步骤一中获得的半成品零件进行去应力热处理；
步骤三：对步骤二中获得的半成品零件的两个轴向端面进行精磨和研磨处理；
步骤四：采用慢走丝切割方式在步骤三获得的半成品零件上加工内孔、内孔表面凸台、外圆和外圆表面凸台；
步骤五：对步骤四获得的半成品零件的内孔、内孔表面凸台、外圆和外圆表面凸台的对应型面进行精密抛光，获得弹性环成品。
2.根据权利要求1所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述弹性环的壁厚小于等于1.4mm。
3.根据权利要求1所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述步骤一中，粗加工采用铣削或车削去除坯料的大部分余量，半精加工采用铣削或车削将薄壁弹性环的表面轮廓形状加工出来，并留取少量加工余量。
4.根据权利要求1所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述步骤三中，精磨两个轴向端面采用平面磨床磨削加工，保证轴向长度尺寸公差和平行度，在完成精磨后继续研磨。
5.根据权利要求1所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述步骤四中，慢走丝切割又包括以下步骤：
步骤A，在步骤三中获得的半成品零件的轴向端面上加工出穿丝孔，穿丝孔到半成品零件中心的最小距离大于半成品零件的外圆直径，外圆直径外侧的区域作为外圈；
步骤B，以内孔和穿丝孔为起点，慢走丝粗切半成品零件的内孔型面、外圆型面、内孔表面凸台型面和外圆表面凸台型面，粗切后的型面均留单边余量，粗切外圆表面凸台型面和外圆型面的过程中，保留其中三个外圆表面凸台与外圈连接不切断，从而形成三处工艺台；
步骤C，再次采用慢走丝半精切步骤B中已完成粗切的内孔型面、外圆型面、内孔表面凸台型面和外圆表面凸台型面，半精切后的型面均留单边余量；
步骤D，再次采用慢走丝精切步骤C中已完成半精切的内孔型面、外圆型面、内孔表面凸台型面和外圆表面凸台型面，直到满足设计要求的尺寸和表面粗糙度，然后切断三处工艺台，使得外圈与外圆表面凸台脱离。
6.根据权利要求1所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述步骤五中，精密抛光采用精密金相砂纸去除慢走丝切割后半成品零件表面残余的烧蚀层。
7.根据权利要求1所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述步骤五之后还包括步骤六，步骤六又包括弹性环成品的内孔间隙和外圆间隙检查。
8.根据权利要求7所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述弹性环成品的内孔间隙检查采用芯棒插入弹性环成品内孔的方式，通过测量内孔与芯棒外圆之间的配合间隙实现检查。
9.根据权利要求7所述的一种高精度薄壁弹性环的加工方法，其特征在于：所述弹性环成品的外圆间隙检查采用环圈套接在弹性环成品外圆的方式，通过测量环圈内圆与弹性环成品外圆之间的配合间隙实现检查。
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