盘类零件

2024-08-29

盘类零件（精选四篇）

盘类零件篇1

盘类零件是航空发动机关键部件, 是在高速旋转、变负荷下工作, 要求振动小, 各种配合表面尺寸精度、形状精度与位置精度要求高, 配合表面尺寸精度为IT6, 工作表面相对跳动不大于0.01mm, 壁厚差不大于0.2mm, 内外表面需要高表面粗糙度, 以免零件承受变负荷产生裂纹, 正是这些特点, 对该类零件检测要求更高。

2 盘类零件的检测技术

2.1 榫槽相关尺寸的投影检测

盘类件榫槽型面复杂、尺寸多, 实际测量过程中存在着困难, 对其型面采用光学投影的方法进行检查。如零件轮廓、截面、表面状态及尺寸检查, 用光学透镜放大作用将形状复杂的零件按比例放大, 在荧屏上投影, 将影像与轮廓公差带放大图在投影板上比较, 判断其符合性。

某新机低压涡轮盘榫槽就是采用投影的方法进行检查。将零件榫槽的影像放大后与榫槽投影放大图进行比较测量, 注意放大倍数应相同。具体测量方法:试件拉完之后, 将投影试件放在投影仪上, 投影面为槽进口处, 保持尖边, 调整物距使影像清晰。放大图是预先设计好的涡轮盘榫槽放大50倍版面图, 放大图放在投影板上, 调节试件和投影板位置, 检查榫槽基面和放大图基面的重合性。

2.2 榫槽长度尺寸的检测

榫槽基准面与理论分度线 (31°) 的交点到榫槽槽底之间的距离14.10+0.1通常使用测具和标准件来测量。测具如图1所示。

1.测具主体;2.测量杆;3.表夹;4.百分表

该深度测具设计成带指示表的结构形式, 测具主体是测量头, 是根据榫槽尺寸设计成纵树形榫头, 榫头的齿形、轮廓公差带与榫槽相同, 测量杆与主体要保持一定间隙0.001~0.005, 避免测具倾斜, 保证测量精度。测量前, 检查测量头反应是否灵活, 使用标准件对零时, 测具榫头与标准件的齿槽应完全贴合, 将百分表对零。实物测量时, 要保证测具榫齿与实物的齿槽应完全贴合, 观察百分表指针偏差。被测长度尺寸=标准件实际值-百分表偏差 (±)

2.3 榫槽槽宽尺寸的检测

榫槽槽宽尺寸是使用滚棒和量块共同组合进行测量的。使用前要使用指示千分尺对滚棒进行校准, 再用标准量块组合成5.501、5.588两个极限尺寸, 作为通端、止端对榫槽槽宽尺寸进行测量。

2.4 榫槽技术条件的检测

2.4.1 位置度测量

在实际检查过程中, 施工盘榫槽的技术条件与正式零件的技术条件要求完全相同, 所以检测方法也相同。涡轮盘102个榫槽均布的技术条件要求是位置度0.08, 是使用测具对相邻两齿的齿厚进行测量而来进行判定的。

该测具设计成带指示表的结构形式, 指示表的读数差值设计成榫槽位置度的两倍数值0.16, 其中固定测头上有两个测量头, 另一个是活动测头, 压簧控制活动测头与齿槽很好的贴合。

测量时, 将固定测头上的两个测量头放在榫槽的第一个齿槽内, 另一个活动测量头压在相邻榫槽的相对应齿槽内左右摆动测量齿厚, 观察百分表指针实际偏差。102个榫槽的齿厚逐一进行测量, 最大与最小齿厚差在0.16mm之内, 该位置度0.08mm合格。

2.4.2 L值、平行度、跳动、角度的综合测量

榫槽基准面与理论分度线 (31°) 的交点到轮盘轴线间距L=277±0.08以及技术条件平行度100:0.15B、跳动0.08B、平行度100:0.2C和角度17°±15′同时使用综合测具、标准件和齿形量规进行检测。

该综合测具结构简单、轻便, 测具上的两个基准平面和两个基准销子分别确定测具的端面基准和径向基准, 测具表夹设计成“┎┓”字形结构, 可在测具上方、左方、径向同时安装百分表, 多方位对尺寸和技术条件进行测量。该测具要与转接器一同配合使用对榫槽进行测量。测量前, 将转接器榫齿插入涡轮盘榫槽内, 用榫齿工作面定位, 端面压板保证转接器与涡轮盘平面水平, 通过压紧螺栓使转接器拉紧, 按检查的尺寸、技术条件将对应的表安装在测具上, 在标准件上分别调零, 百分表压紧量在 (1/4~1/2) 圈间。

检查尺寸L277±0.08和技术条件跳动0.08B时, 是将百分表装在测具的表夹上, 测具的端面基准与标准件的端面基准靠齐, 测具的两个基准销与标准件的基准圆弧靠齐, 表夹上面的两个挡销中一个靠紧对表块的一侧, 百分表测头压在标准件的L值基准面上进行对零。将转接器安装在涡轮盘的榫槽上锁紧, 测量过程中一定要保证表夹上挡销与转接器的靠紧情况与标准件对零时在同一侧, 观察百分表的读数在±0.08mm内, 该尺寸L277±0.08合格。技术条件跳动0.08是在整圈盘的榫槽上均布取4个位置8点进行测量, 取最大与最小值之差即为跳动值。

检查角度17°±15′是用测具的表夹进行测量, 使用千分表在标准件侧面上对零时。测量时, 千分表指针压在转接器的侧面进行测量。千分表读数在±0.038间, 可确定该角度合格。此种测量是把角度公差转换为线性公差进行测量。

摘要：本文介绍了航空发动机盘类零件的典型检验方法, 描述了具体检测实例, 并结合专用测具的使用探讨了盘类零件的检测技术。

关键词：检测方法,专用测具,测量原理,注意事项

参考文献

盘类零件篇2

在汽车制造业, 许多生产厂家从事汽车盘类零件的生产与销售, 从汽车发动机、传动装置、冷却器、轮毂及制动器, 处处可见这些尺寸与形状各异的汽车盘类零件, 见图1。

某汽车零部件制造企业主要生产与主机配套的多种系列的汽车底盘零部件, 如汽车轮毂、轴颈和副车架等。现面临搬迁异地重新建厂, 扩大生产规模, 拟提出新生产车间搬迁改造方案, 实现快速响应市场、提高生产效率。企业现有的汽车零部件生产车间主要存在以下弊端。

(1) 生产线布局不合理, 物流时间长, 生产效率低

现有的生产车间布置采用传统的机群式。以典型产品汽车轮毂为例, 其主要机加工流程所必须的数控车床、钻床、磨床、拉床等都按各自分类安装在同一个工区, 形成所谓的同种机群。这种机床布置的特点是容易调整机床设备与人员, 但物流有迂回, 生产周期长, 管理效率低, 不利于成组加工。

由于机械加工车间都采用同种机床组成单元的机群式机床布置, 一个零件加工往往要通过若干个机群式工段, 跨越若干个车间, 运行路线往返曲折。零件在车间等待和运输时间占整个生产周期的绝大部分, 物流时间长, 物流产生乱流, 质量有问题时不易追溯。同时, 设备周边也需留出很多空地存放在制品, 单位面积产量低, 从而导致生产效率低。

(2) 加工设备选型不合理, 设备负荷率低, 使用效率不高

加工车间全部采用数控机床, 拥有相当数量的加工中心, 有些带有自动上下料装置。但在考察中发现厂方并没有利用这些先进的带物流的设备来组成自动流水线;同时还存在着数控加工中心 (MC) 选型不合理, 许多使用功能过剩, 浪费严重。

(3) 工人的等待时间和多余动作多

工人在操作机器时等待时间多, 尽管有些已采用一人二机, 但等待现象还是较明显, 造成等待时间的浪费。工人在上下料操作时动作幅度过大, 不符合动作经济原则, 造成动作浪费。

从历史角度观察, 19世纪初到20世纪中叶, 这些汽车零部件采用组合机床自动线进行大批量生产。随着竞争加剧, 汽车产品更新换代周期由几十年缩短到4年, 组合机床自动线缺乏柔性而无法适应。20世纪80年代, 美国汽车巨人福特与机床巨人INGERSOLL合作, 研制了集高柔性、高效率于一身的数控机床 (加工中心机床) , 采用由数控机床组成的柔性自动生产线进行生产。

2 汽车盘类零部件柔性精益生产线设备布局的目标与要求

(1) 目标

按照精益生产的思想, 系统进行价值流分析, 消除生产过程中的不增值环节, 优化厂房、设备和人员等配置, 尽力实现一个流生产。具体包括:符合工艺过程的需要、最有效地利用空间、物料搬运费用最少、保持生产与安排的柔性、高效与安全的作业环境等。

(2) 基本要素

为了提出新生产车间搬迁改造方案, 必须明确以下基本要素。

a.明确未来3～5年以及中长期的汽车零部件产能目标, 以构建新厂房的整体布局方案。

b.为了快速响应市场, 需要明确汽车零部件的品种、数量, 并进行产品产量分析, 以规划厂房的基础资源。包括:物料 (原材料、毛坯、半成品等) 、设备 (机器、生产线) 、能源 (电能、燃料) 及其他 (土地、厂房、工具等) 。

c.根据汽车零部件的品种、数量与产能目标, 制定生产车间的制造模式, 规划车间级制造系统的物料流、信息流与能量流, 见图2。

3 汽车零部件生产流水线的历史回顾与发展趋势

20世纪初, 福特生产模式倡导“规模化生产”自动流水线;20世纪中期, 丰田公司生产方式倡导“零缺陷”、“准时化生产”、“零库存”等管理目标;20世纪末, 日本尼桑提出了大规模“模块化定制”的战略, 其汽车制造的远景规模是5个“A”, 即任何批量 (Anyvolume) 、任何时间 (A n y t i m e) 、任何人 (A n y b o d y) 、任何地点 (A n y w h e r e) 和任何车 (Anything) 。

当前, 汽车零部件生产车间的可能流水线布局有以下4种方案。

(1) 传统组合/专用机床自动线TL (Transfer Line)

TL是由组合/专用机床 (special purpose machine/Transfer machine) 组成的自动生产线。其最大优点是:高生产效率——几十甚至上百把刀同时加工, 其效率是任何其他类型生产线无法比拟的;低价格——特别是我国, 组合专机价格甚至低于批量生产的通用数控机床。我国汽车行业从诞生至20世纪90年代初期, 一直沿用TL。目前, 我国轿车行业生产大多不采用TL。但在国外大量生产稳定产品的生产线中, TL仍是最佳选择。

流水线 (包括T L, F T L, AFTL) 工艺特点是工序分散型, 原则上每台机床只执行一道工序, 工件在全线“流完”, 才完成全部加工, 设备排列为串联式。优点是效率高——工序分散, 等价于单件多工序同时加工。即每一生产节拍 (以分钟计算) 都会生产出一个零件, 目前是大批量生产的唯一方式。缺点是投资大, 并且全线机床不能独立工作, 一台机床故障, 生产线全线停产;柔性差, 一旦产品变型和更换品种即基本无法使用。

(2) 高速柔性生产线F T L (Flexible Transfer Line)

为了解决产品的变型生产和便于更换品种, 柔性生产技术被引进了汽车生产。20世纪90年代出现了高转速、高快移速度、高加速度、快速换刀的高速加工中心的高速柔性生产线。其突出特点是在一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾。这种生产线不仅可加工同样产品范围内的零件, 而且可加工变型产品、换代产品及新产品, 真正具备了柔性的意义。目前是我国轿车企业的热点生产线。缺点是投资较大, 效率受局限。

(3) 可重构制造系统R M S (Reconfigurable Manufacturing Systems)

可重构制造系统着眼于发展制造系统的结构快速调整能力, 原理是通过对制造系统中机床配置的调整和机床功能模块的增减, 迅速构成适应新产品生产或生产批量变化的市场环境。为此研制了可重构机床RMT (Reconfigurable Machine Tools) 。RMT由标准化的模块组成, 其与传统模块化机床 (如组合机床) 的本质性区别是使用时的可重构性。RMS的结构和布局可依需要在用户现场快速重组。

RMT的应用基础之一是柔性夹具。柔性夹具系统可以快速地更换以生产不同的产品, 从而减少更换的时间和成本。它是一个带有电控永磁台面的夹具, 上面集成了夹紧、支撑、定位元件。用调节器把这些元件准确地固定在棘爪上来组成特定夹具。在几分钟内即可把一种夹具配置变为另一种配置。

美国国家研究委员会1998年将可重构制造系统列为未来20年制造业必须优先解决的十大关键技术之首。目前, RMS在国际上是热门话题, 我国也已列入科技发展计划。RMS还有一些关键技术有待突破, 即RMT机床重构后的精度和可靠性。

(4) 市场响应型自独立制造系统MSM (Market Responsive Selfcontained Manufacturing)

市场响应型自独立制造系统简称MSM, 其实质是“单台套件生产”, 即可以应对各种不同零件加工的通用性模块生产方案。MSM生产线工艺特点是工序集中型, 一台机床“独立”完成全部加工, 在生产批量加大时增加机床, 并配备物料存储和传送装置。设备排列特点是并联式, 一台机床故障, 生产线照常运行。因此, MSM生产线的特点是“双柔性”, 其效率不高。

为提高效率和缓解一台机床故障对生产线的影响, 目前国外已经有汽车零部件制造厂应用并、串联混合式。

4 若干设备布局方案比较

汽车零部件生产流水线布局初步方案取决于许多因素, 如汽车零部件的品种、产能、生产节拍等。针对某汽车零部件制造企业的现有产品结构中, 汽车轮毂等盘类零件的多品种、变批量生产为例, 特提出下列若干方案供选择。

(1) 方案1——高效专用机床柔性生产线

汽车轮毂高效专用机床柔性生产线的生产车间布局见图3。该车间按零件外圆面的最大直径划分为若干个轮毂和轴颈加工单元, 每个单元包括了若干台数控机床、加工中心和物料存储及输送设备, 可生产多种工艺相似的汽车轮毂和轴颈, 具有较大的柔性和较高的设备利用率。其特点如下。

a.它是由高效数控专用机床组成的柔性生产线。高效数控专用机床属于“精益机床 (l e a n machine) ”——去除冗余功能, 具有高效率和极强针对性的特点。

现代轿车流水生产线的工艺装备, 已经进入柔性化时代, 由数控机床和智能工具组成。对机床主要要求是:高速度、高精度、高精度保持性——高机床工程能力指数 (Cm/Cmk值) , 高可靠性等。

b.信息系统:基于成组技术 (GT) , 安排生产流程, 组织生产。包括生产线控制、刀具更换、工装及附具更换、工件调度、自动编程、自动监控、自动补偿、工件质量自动检测、刀具磨损或破损后的自动更换及自动报警等。最新要求具有CAD/CAM、远程生产线管理和维护、故障诊断和自动修复等功能。

c.物流系统:由原材料处理、存储、上下料装置、机床间工件传输装置组成。

在单台数控机床配备工件库或原材料库和自动上下料装置 (含机械手、机器人) 的条件下, 即在物料存储与传送及自动控制集成的条件下, 构成柔性制造单元 (FMC) 。在多台数控机床配备自动上下料与物料存储和传送及与生产计划调度用计算机集成的条件下, 构成柔性制造系统 (FMS) 。在不含计划调度系统和工件单向流动时, 组成柔性生产线。

d.成组技术 (GT) 的应用。

为了提高零件通过其生产过程的速度和通畅性, 拟采用成组技术设计机床单元, 对该车间生产系统进行改造。GT在机械工业的多品种、中小批量生产中, 可以提高企业的生产和管理效率。

GT以相似性为基础, 把相同或相似的零件, 用分类统计的方法把它们归并为“族”, 而同一族的零件又可以用相同的设计和加工方法完成, 从而扩大了批量。另外, 工人重复加工同类零件, 提高了装夹、测量、加工的熟练程度, 从而提高了劳动生产率。

e.体现工序相对分散, 生产效率高, 但柔性相对较弱。

在机床单元的设计中, 首先要根据零件的整体形状特征以及加工方法, 对零件进行分类和分组, 由此初步确定相应的零件组, 作为设计和分析机床单元的初始依据。根据厂方提供的各种不同规格的汽车轮毂和前轮轴颈的图纸和生产流程, 可对这两类回转体类零件进一步按零件外圆面的最大直径划分为若干组, 以适应日趋增长的多品种小批量需求。

对于机床单元的规模大小, 可根据经验来决定。单元内的工人和机床应保持一定的负荷率, 机床台数和工人人数应便于单元组长直接观察和进行作业调度。另外, 尽量避免单元内的零件组进行跨单元的协作生产。

考虑到该厂生产的汽车轮毂和前轮轴颈品种相对稳定, 与主机配套的系列规格较多, 且零件工艺路线已经标准化, 单元内机床的布置可采用直线型排列 (此时组内零件均作单向而无倒流的移动, 但允许跳跃式前进) , 再配以传送带, 将该厂现有的带上下料装置的设备连接起来, 可大大缩短零件在车间的等待和运输时间。

(2) 方案2——混合型可重构机床柔性生产线

汽车轮毂混合型可重构机床柔性生产线见图4, 其生产线工艺特点如下。

a.工序集中型。它是由多功能的数控加工中心组成, 一台机床“独立”完成全部加工, 在生产批量加大时增加机床, 并配备物料存储和传送装置。

b.柔性夹具。通过快速更换柔性夹具, 适应生产不同系列与型号的产品。

c.设备排列特点是并联与串联相结合的混合式, 一台机床故障, 生产线照常运行。

(3) 方案3——市场响应型自独立制造系统

汽车轮毂市场响应型自独立制造系统采用双主轴、双刀塔多轴数控车铣中心。该机床带有C、Y轴和动力刀头。配备自动上下料装置 (含机械手) , 并在物料存储与传送及其自动控制集成的条件下, 构成柔性制造单元。这类设备可满足轴类汽车零件“一次装夹完全加工——one on down”需要。

市场响应型自独立制造系统的实质是“单台套件生产”——可以应对各种不同零件加工的通用性模块生产方案。MSM生产线工艺特点是工序集中型, 一台机床“独立”完成全部加工, 在生产批量加大时增加机床, 并配备物料存储和传送装置。设备排列特点是并联式, 一台机床故障, 生产线照常运行。因此, 该MSM生产线的突出特点是设备和生产线的双柔性, 但是效率不及高效数控专用机床的柔性生产线。

(4) 方案4——面向精益生产的U型流水线布局

采用看板管理, 实现准时生产 (JIT) 。生产线尽量采用成组技术并按U型布置, 车间人员弹性化、多能化, 实现少人化, 生产设备通用化以提高生产柔性。各工序根据看板指令进行生产。

在生产线布局方案初步设计后, 采用计算机生产系统仿真软件进行仿真, 可模拟生产系统将来运行情况, 并可观察设备、工艺路线、生产节拍等相关参数改变后对系统性能的影响。可确定设备的负载、物流量、在制品、作业人员配置等情况, 对可选方案进行对比, 选择最合适方案。并对选定的方案进一步优化。面向精益生产的U型流水线布局见图5。

5 结束语

盘类零件篇3

1 研究目标

依据选定的典型零件, 针对零件各自的特点开展研究。

九级轮盘受模锻造技术限制, 毛料尺寸较大, 且零件存在一处深70mm, 宽35mm的深腔结构 (图1所示) , 传统的加工工艺是采用普通车床进行加工, 用焊接车刀进行粗开槽及半精加工, 不仅加工时间长、效率低, 而且刀具消耗也很大, 且深腔部位加工质量不稳定, 经常造成加工不到位、表面光度差等问题, 零件返修率据高不下。陶瓷刀具应用研究以提高粗车、半精车加工质量及效率为主。

采用陶瓷刀具在数控车床上加工盘类零件, 可以提高加工自动化程度, 减少人为因素的影响, 提高加工效率和质量, 有效地缩短生产周期。提高盘类零件的加工技术水平, 缩小与世界先进国家的差距, 增强企业的市场竞争能力具有重要的现实意义。

通过在九级轮盘零件上应用陶瓷刀具, 进行数控高效加工的加工方案的实施, 提高零件加工质量与效率, 达到减少单台加工时间7小时以上的目标。

2 刀具方案

典型零件为镍基高温合金GH4169材料。在切削加工时, 切削负荷重, 单位切削力可比中碳钢高50%;切削温度高, 在相同的切削条件下, 切削温度约为45钢的1.5-2倍;刀具磨损剧烈, 刀具寿命明显下降, 在高切削温度 (750-1000℃) 下, 刀具产生严重的扩散磨损和氧化磨损;加工硬化现象严重, 已加工表面的硬化程度可达200%-500%。因此高温合金的可切削加工性能低, 车加工比较困难。

陶瓷刀片与硬质合金刀片相比, 可承受2000℃的高温, 更具有高温化学稳定性, 可高速切削, 但其缺点是陶瓷刀片的强度和轫性很低, 容易破碎。陶瓷刀片耐高温, 对高温高速切削更有利, 由于陶瓷热导率低, 高温只在刀尖, 高速切削所产生的热量都随屑带走。采用陶瓷刀具进行加工, 零件高速旋转, 零件切削处材料红热、软化, 刀具去除材料效率较高, 因此, 经过项目团队认真分析, 决定采用陶瓷材料刀具进行加工。

由于九级轮盘零件结构属半封闭型强, 标准刀杆不能满足加工需求, 为此选定肯纳和绿叶两家陶瓷刀具供应商, 先期对零件进行刀具切削试验, 通过试验对比, 绿叶厂商的陶瓷刀具在切削性能、刀具耐用度、加工参数等方面具有综合优势, 最终选定该厂家作为工艺攻关的刀具供应商, 为零件进行切削方案的制定, 设计非标刀具。 (图2所示)

3 工艺试验研究过程

3.1 数控程序编制

九级轮盘深腔轴向宽35mm, 径向最深处近70mm, 敞开性较差, 需多把刀具转接加工才能完成, 在编制程序中, 根据结构尺寸, 对比刀具的结构, 用计算机造型, 采用刀心与轮廓编程相结合的方法, 按理论型面编制程序。 (图3-6所示)

3.2 计算机辅助仿真验证

由于零件可见性差, 并且零件切削速度较高, 为了保证加工安全性, 验证数控程序走刀轨迹的正确行, 检查零件与刀具的干涉情况, 加工前在计算机上使用仿真软件, 进行辅助加工仿真验证, 降低加工风险。

3.3 加工试验研究

3.3.1 零件加工参数选择

根据每种零件的加工刀具及零件结构特点, 给定不同的加工参数进行加工。

九级轮盘去除材料较多, 刀具的尺寸较大, 切削状态基本一致, 在加工前使用试验件进行试验, 初始切削参数设定如下:主轴转速100r/min, 进给量0.2mm/r, 切削深度0.3mm, 通过现场实际摸索, 选择较为理想的加工参数, 最终确定九级轮盘切削参数固化为转速120r/min, 切削深度0.8mm, 进给0.2mm/r。

3.3.2 零件加工试验

九级轮盘首先选择在试验件上进行加工试验, 按照工步卡确定的加工步骤, 依次进行, 通过试件加工, 一方面进一步校验程序正确性, 另一方面检验刀具的切削寿命以及干涉情况。试件加工结束后, 对零件相关尺寸进行测量, 加工质量满足工艺规定要求, “让刀”现象较轻, 零件光度与传统加工工艺相比较有了较大的改观。将试验件的加工结果用于真件的加工, 加工的质量较为稳定, 零件的变形量得到了控制, 表面质量得到了提升, 加工的效率大幅提高。

3.3.3 结果与分析

通过零件的试验与研究, 对陶瓷刀具的加工特性有了一定的了解, 选用陶瓷刀具对该GH4169材料进行, 刀具选择较为适用, 安排加工路线的正确、可行, 切削参数的设定合理, 对减小零件加工变形也有了一定的控制措施, 零件加工质量得到了保证。

按照试验、攻关的结果, 陶瓷刀具在批产加工中进行了应用, 加工效率明显提高, 九级轮盘单台切削时间减少了近8小时, 极大地缓解了数控立车的生产压力, 加快了零件的周转速度。

通过跟踪零件的加工, 对加工过程不断的完善, 将数控程序进行整理、优化、存档, 编制了标准化操作说明书, 用于指导操作者规范加工, 零件的加工质量更加稳定。

结语

通过对九级轮盘典型盘类零件进行试验研究, 应用陶瓷刀具进行高效加工的研究, 制定的工艺路线正确可行, 选定的陶瓷刀具、加工参数合理, 加工的效果较好, 达到了预期制定的目标。

随着数控设备的逐渐普及和加工能力的不断提高, 高性能陶瓷刀具在盘类零件的加工中应用会越来越广泛, 制造技术能够得到进一步的提升, 对全面完成公司不断增加批产任务, 发挥越来越重要的作用。

摘要：航空发动机高压压气机盘、涡轮盘等零件, 属于发动机中高速旋转的关键部件, 零件的结构、形状较为复杂, 尺寸精度与技术条件要求较严, 材料多为强度高、硬度高的切削性能较差的高温合金材料, 加工过程中零件的余量较大, 按传统工艺进行加工, 效率较低, 影响零件的周转与交付进度。选取陶瓷刀具, 采用数控加工工艺进行零件的粗加工、半精车加工工作, 能够达到提高零件加工效率与加工质量的目的。通过梳理盘类零件的工艺规程, 筛选、确定以某型号发动机九级轮盘作为典型零件, 开展陶瓷刀具高效加工研究、攻关, 从而带动盘类零件整体制造技术的提升。该零件特点是, 形状较为复杂, 零件的加工精度较高, 材料为镍基高温合金, 在发动机盘类零件中具有代表性。通过采用高性能陶瓷刀具实施高效数控加工, 对于批量生产的零件, 能够大大减少加工时间并提高质量, 解决制约生产的难题。本文主要阐述了应用数控车设备, 选择适用的陶瓷刀具, 进行数控加工程序的编制, 以及切削加工参数的摸索、验证, 成功实现九级轮盘零件采用陶瓷刀具高效数控加工的工艺过程。

关键词：数控加工,陶瓷刀具,压气机盘,高温合金

参考文献

[1]韩荣第.难加工材料性能特点决定高效加工的有效途径[Z].

[2]盘轴制造技术[M].北京:北京科学出版社, 2002.

[3]孟少农.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社, 1992.

[4]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1995.

盘类零件篇4

关键词：振动光整,盘类零件,表面粗糙度

0引言

航空发动机盘类零件重要表面粗糙度要求均为Ra0.8μm,材料一般为高温合金或钛合金,车削难度大,并且均属于薄壁类,这些因素都导致零件加工过程中经常产生振刀纹,车削加工后粗糙度往往达不到要求,需要手工抛修,车床上抛光存在一定的危险且质量不一致,因此需要采取其他工艺手段提高车加工后表面粗糙度,本文对盘类零件振动光整加工进行了相关试验。

1振动光整加工简介

1.1振动光整加工的原理

振动光整设备依靠振动电机产生振动:振动电机上下方安装有角向不同的偏心块,上下偏心块旋转过程中产生的离心力形成一旋转力偶,带动加工容器产生振动。当容器在特定的振幅和频率下振动时,加工过程中的磨料产生水平面内的三维螺旋运动,在运动过程中。由于工件和磨料的质量、形状、位置的差异,使得零件与工件之间产生相对运动。迫使磨料对工件产生碰撞、滚压和微观磨削、刻划作用,实现对工件的去毛刺、倒角、表面光整加工。

1.2岛式振动光整设备

岛式振动光整加工设备最为常见,如图1所示。这种设备中间有岛状结构,电机安装在岛中。因而无法采用夹具安装零件,零件与磨料一起作自由振动,磨料与零件之间的随机微量磨削、刻划作用使得零件表面产生无规则的加工痕迹而达到光整效果。该类设备可以采用辅助的加强装置,可使用功率更高的电机,提高加工效率。常用来加工叶片、齿轮、小型结构件等零件,应用广泛。

1.3无岛式振动光整设备

无岛式振动光整设备的不同之处在于电机安装在机床容器下方,机床容器底部为平面,能安装各种夹具,适合大型零件光整,通常机床带有不同的安装接口如T形槽、标准螺纹孔,设备如图2所示,该类设备对朝上的表面光整效果更好。

2航空发动机盘类零件振动光整试验

2.1试验件

本试验以航空发动机挡板零件为载体,零件结构如图3所示,其中辐板面为待光整表面,1~4为粗糙度测量点位置。

GH4169的化学成分及物理力学性能分别如表1和表2所示。

2.2磨料、磨液

磨料选择4×4正三棱柱形陶瓷类磨料,其主要由黏土和高岭土以及起磨削作用的氧化铝烧结而成。磨液选择ROSLER ZF113,磨液配比为1%~2%之间。

2.3光整试验设备

加工设备选用无岛式振动光整设备,设备型号ROSLER R420DL。表面粗糙度检测选择TR200粗糙度仪。

2.4光整前被加工零件表面状态

光整前车削加工后粗糙度一般在Ra1.0~1.6μm,设计图样要求Ra0.8μm,由于零件为高温合金且属于薄壁结构,加工时刀具磨损快导致表面有些部位粗糙度很高,甚至达到Ra3.2μm。在零件双面各取4个测量点测量表面粗糙度,测量点位置如图3中1~4号点(反面的5~8号点未在图中示出)。测量结果如表3所示。

μm

2.5光整试验过程

1)零件的装夹方案。零件光整加工选择,磨液采用1%~2%的浓度配比,零件采用压板压紧内安装边的方式装夹,如图4所示。值得注意的是夹具中特制了薄压板,压板上表面与零件内壁仅5.7 mm左右,如果采用常规压板该部位空间仅为1 mm左右,碎裂的磨料在加工中会卡在里面,随着振动的进行会卡伤零件。

2)振动光整试验过程。振动光整试验总体分3个阶段进行,每阶段光整时间相同,观察随着时间的增加表面粗糙度的变化程度以及零件的表面状态,粗糙度按测量值分析对比,表面状态则拍照示意。

光整试验中相关参数设置:机床功率为100%;磨液喷洒时间为10 s;磨液喷洒间隔时间为1 min;喷洒时磨液流量为200~300 L/h。

每阶段光整过程及时间均相同,步骤如下:安装零件(正面朝上)→光整2.5 h→卸料并将零件%翻面安装→光整2.5 h→测量粗糙度。

μm

2.6结果

每阶段试验完成后,在对应测量点处测量粗糙度数值,结果见表4。零件最终光整后表面状态如图5所示,其中左侧为5倍放大后照片,右侧为50倍放大后照片。

3结果讨论与分析

光整后零件表面粗糙度值变化如图6所示,可以看出,随着时间的增加粗糙度数值逐渐降低,但降低速度趋于平缓。能预见的是,如果光整时间持续增加,粗糙度数值能继续降低,但其趋近某一数值后达到极限,对该零件来说,7.5 h后光整加工效果足以满足设计要求。

光整后零件表面变得十分光滑且有质感(见图5),车削加工痕迹均已消失,表面无可见加工方向。