提高鈦合金作動(dòng)筒加工質(zhì)量

卑喜敏，王玉華，王勁松

1.沈陽(yáng)黎明航空零部件制造有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110043

2.沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110043

0 引言

作動(dòng)筒內(nèi)孔的表面質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴口工作時(shí)的平穩(wěn)性、可靠性。作動(dòng)筒內(nèi)孔的表面粗糙度和加工精度都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作有重大影響。而決定作動(dòng)筒內(nèi)孔精度的主要工序是絎磨工序。絎磨是孔精度提高和粗糙度降低的有效方法，經(jīng)過(guò)絎磨后的工件，表面粗糙度可以達(dá)到RA0.8-0.2。

目前，針對(duì)鈦合金作動(dòng)筒內(nèi)孔珩磨還處在起步階段，以前采用的工藝方法是精車及磨加工方法，加工后的內(nèi)孔尺寸精度、圓柱度及表面粗糙度值及都較低，磨削后的表面易燒傷，加工時(shí)需要找正內(nèi)孔，兩端孔的同軸度很難保證，生產(chǎn)效率低下，需要更先進(jìn)的工藝方法-珩磨加工。但是珩磨設(shè)備少，珩磨油石參數(shù)及珩磨余量很難確定，要反復(fù)摸索油石及珩磨余量的參數(shù)，那么，要實(shí)現(xiàn)鈦合金作動(dòng)筒內(nèi)孔的珩磨，就要結(jié)合實(shí)際零件摸索出適合的珩磨內(nèi)孔的所需要的珩磨余量、磨削參數(shù)及珩磨油石的相關(guān)參數(shù)，下面就如何解決鈦合金作動(dòng)筒內(nèi)孔珩磨的問(wèn)題進(jìn)行闡述。

1 典型鈦合金作動(dòng)筒零件內(nèi)孔加工面臨的問(wèn)題

作動(dòng)筒內(nèi)孔的尺寸、幾何形狀精度及表面粗糙度是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作影響最重大的因素之一，作動(dòng)筒內(nèi)孔的最終精度形成的工序——珩磨工序也成了作動(dòng)筒加工中最重要的一道工序。

對(duì)典型作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)分析：主要尺寸、技術(shù)條件及表面粗糙度

1）兩端孔的同軸度0.03mm、圓柱度在160mm的長(zhǎng)度上0.01mm，是保證作動(dòng)筒平穩(wěn)性的技術(shù)關(guān)鍵；

2）大小孔的尺寸公差為0.02mm，0.021mm，表面粗糙度0.2；

3）零件壁厚為3.0mm；

4）零件材料為TC6。

1.1 作動(dòng)筒工藝路線

原工藝路線：模鍛件——粗車外圓、鉆孔——粗車另一端外圓、鏜孔——半精車內(nèi)孔及——半精車另一端內(nèi)孔及槽——車接嘴——精車外圓筋板及螺紋——磨削大小孔——拋光內(nèi)孔——修正兩端螺紋——清洗——熒光檢查——檢驗(yàn) 。

上述主要加工工序的作用：

1）半精車兩端內(nèi)孔；為車削接嘴和外圓筋板作基準(zhǔn)；

2）精車大孔；保證磨加工前尺寸余量及表面粗糙度；

3）精車小孔；保證磨加工前尺寸余量及表面粗糙度；

4）磨削大孔；保證內(nèi)孔尺寸精度和圓柱度及表面粗糙度；

5）磨削小孔：保證小孔尺寸精度和同軸度及表面粗糙度。

1.2 問(wèn)題的分析

原工藝路線存在的問(wèn)題：

1）由于該作動(dòng)筒是鈦合金，磨削性能差，內(nèi)孔易燒傷。而零件長(zhǎng)度較長(zhǎng)且壁薄，加工后尺寸精度和圓柱度超差，內(nèi)孔表面粗糙度值高；

2）同軸度0.03是用大孔做定位加工保證的，由于大孔精度超差，大孔對(duì)小孔同軸度易超差；

3）加工工序較分散，需要專用夾具較多，工裝成本增大，生產(chǎn)效率低；

4）大部分工序在普通設(shè)備上加工，多次裝夾，定位誤差大，尺寸精度低。

1.3 采取的措施

1）將零件工序集中，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工內(nèi)孔和外接嘴安排在車銑加工中心上進(jìn)行，提高了零件的加工效率和尺寸及幾何形狀精度，減少了專用夾具數(shù)量，降低了工裝成本；2）由于加工中心設(shè)備精度高，大小孔可以一次加工完成，既保證了尺寸精度有保證了兩孔的同軸度，為珩磨孔奠定了基礎(chǔ)；3）為了珩磨方便加工，可以將大孔加工出倒稍并嚴(yán)格控制珩磨前內(nèi)孔的余量和幾何形狀精度，給珩磨工序奠定良好的基礎(chǔ)；4）將磨加工大小孔工序改為珩磨加工，提高內(nèi)孔尺寸精度、表面粗糙度及圓柱度。

改進(jìn)后的工藝路線：模鍛件——粗車外圓、鉆孔——粗車另一端外圓、鏜孔——車削內(nèi)外表面及螺紋、銑螺紋接嘴——珩磨大孔——珩磨小孔——修正兩端螺紋——清洗——熒光檢查——檢驗(yàn) 。

1.4 對(duì)珩磨工序加工參數(shù)的選擇

1.4.1 珩磨加工的工作原理

絎磨是通過(guò)安裝在絎磨頭上的油石，由張開(kāi)機(jī)構(gòu)將其壓向四周的工件孔壁，通過(guò)做旋轉(zhuǎn)或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到對(duì)孔進(jìn)行低速磨削和破光。

1.4.2 珩磨特點(diǎn)

珩磨加工與一般切削加工相比，具有下列特點(diǎn)∶

1）可獲得高的加工精度；加工直徑 50mm～200mm的中等孔時(shí)，圓度公差可達(dá)3um～5um，圓柱度公差可達(dá)10um；

2）可以獲得高的表面質(zhì)量，表面粗糙度Ra值通?？蛇_(dá)0.8um～0.1um，最高可達(dá)0.1um以下。

1.4.3 珩磨油石

1）珩磨油石的磨料

珩磨油石的磨料是油石的一個(gè)重要性能，它直接影響到珩磨加工的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。生產(chǎn)中使用的珩磨油石主要有白剛玉、棕剛玉、黑色碳化硅、綠色碳化硅、人造金剛石、立方氮化硼等。

2）珩磨油石的粒度

珩磨油石的粒度的粗細(xì)直接影響加工表面的表面粗糙度。在表面粗糙度允許的前提下，選擇粗一些的粒度，可以獲得高的生產(chǎn)率。精珩應(yīng)選用W40以上規(guī)格，半精珩選用180#-280#規(guī)格，一般粗珩選用80#-180#規(guī)格。

3）珩磨油石的硬度

絎磨油石的軟硬要根據(jù)絎磨金屬的硬度來(lái)選擇。一般情況下，絎磨硬的進(jìn)入要選擇軟的油石，而絎磨軟的金屬則要用較硬的油石。這里說(shuō)的油石硬度跟磨粒的硬度無(wú)關(guān)，是指結(jié)合劑對(duì)磨粒粘結(jié)能力的強(qiáng)弱。絎磨油石的硬度過(guò)低，油石消耗就快，不太容易控制尺寸。脫落下來(lái)的磨粒也容易劃傷工件。絎磨的效果略差。而絎磨油石硬度過(guò)高，則磨耗后的磨粒不容易脫落，造成油石表面堵塞，切削性降低甚至消失，還容易造成工件表面燒傷。所以，絎磨的油石硬度的選擇很重要。

4）珩磨油石的結(jié)合劑及組織

一般末了的絎磨油石有兩種：。陶瓷結(jié)合劑（代號(hào)V）和樹(shù)脂結(jié)合劑（代號(hào)B）。陶瓷結(jié)合劑的主要特點(diǎn)是硬度不均勻，油石較脆，容易在珩磨過(guò)程中出現(xiàn)剝落。而樹(shù)脂結(jié)合劑的油石強(qiáng)度高，有彈性，能抗振。油石磨損均勻，不容易碎。珩磨出來(lái)的工件比陶瓷結(jié)合劑的光滑度高。

1.4.4 珩磨用量

珩磨用量包括：切削速度、網(wǎng)紋交叉角、油石工作壓力、微量進(jìn)給速度、加工余量及超程量等。

1）切削速度與網(wǎng)紋交叉角

珩磨的加工效率和加工質(zhì)量與珩磨切削速度、切削交叉角、圓周速度、往復(fù)速度有關(guān)。被加工材料的磨削性能決定了圓周速度和往復(fù)速度。韌性的材料，兩種速度應(yīng)取小；一些脆性的材料，兩種速度可取大一些。珩磨速度亦因設(shè)備和珩磨工藝的情況而變化，在很大程度上取決于珩磨油石的質(zhì)量和對(duì)工件材料的適應(yīng)情況。

2）珩磨油石工作壓力

油石的工作壓力一般是指垂直作用在油石單位面積上的平均壓力。壓力大小的確定要考慮工件的材料、形狀、大小、魔頭剛性等等因素。

3）微量進(jìn)給速度

珩磨油石微量進(jìn)給速度（即徑向進(jìn)給量）對(duì)加工效率、加工精度、加工表面粗糙度、油石磨耗量影響較大。選取微量進(jìn)給速度應(yīng)根據(jù)工件材質(zhì)、油石種類、性能、加工精度及工件孔的形狀公差等因素考慮。

4）珩磨的加工余量

珩磨加工余量對(duì)珩磨質(zhì)量和生產(chǎn)率有很大影響。珩磨加工余量一般為前道工序形狀誤差及表面變形層綜合誤差的2倍～3倍。

1.4.5 切削液

絎磨中必須使用切削液。它在絎磨中起到冷卻的作用，能夠及時(shí)沖刷走絎磨下來(lái)的磨粒、碎屑等，避免油石堵塞。能夠在油石和工件接觸表面形成一層油膜，改善工作狀況。

切削液的種類：

有油劑和水劑兩種，水劑切削液冷卻性和沖洗性較好，適應(yīng)于粗珩。油劑切削液通常加入適量的硫化物，硫和鐵元素化合形成一種抗粘結(jié)焊和堵塞的硫化鐵，對(duì)改善珩磨過(guò)程有利。

5 結(jié)合實(shí)際對(duì)珩磨工序進(jìn)行試驗(yàn)

根據(jù)作動(dòng)筒的材料選擇了油石參數(shù)、珩磨用量和油劑切削液進(jìn)行試加工。

試驗(yàn)方法：

1）將選取粗珩、精珩油石分別裝在通用珩磨頭上，根據(jù)需要珩磨的尺寸將珩磨頭的油石進(jìn)行修整；

2）檢查作動(dòng)筒內(nèi)孔尺寸精度（包括倒稍尺寸、幾何形狀精度、同軸度及表面粗糙度）是否符合珩磨前的尺寸精度。在美國(guó)善能立式珩磨機(jī)設(shè)備上將零件外圓固定在專用夾具上，以小孔定位，分粗精珩磨大孔，再以大孔為定位，分粗精珩磨小孔，選擇粗、精珩磨余量，需用油劑切削液充分冷卻，保證了尺寸精度。

其中：兩端內(nèi)孔的同軸度是靠珩磨前車加工工序一次加工保證的，珩磨余量是車加工內(nèi)孔時(shí)控制的尺寸精度、幾何形狀精度及表面粗糙度。

在試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)鈦合金作動(dòng)筒珩磨參數(shù)的反復(fù)試驗(yàn)摸索，確定了適合的珩磨油石及珩磨參數(shù)。

6 珩磨油石及珩磨余量的選擇

根據(jù)珩磨工作原理、珩磨油石特性、珩磨切削參數(shù)，選擇了適合加工鈦合金作動(dòng)筒內(nèi)孔的珩磨油石及珩磨參數(shù)。

1）油石的具體參數(shù)：（1）珩磨油石的磨料；白剛玉磨料；（2）珩磨油石的粒度；選用80#-180#進(jìn)行粗珩，然后選用W40進(jìn)行精珩；（3）珩磨油石的硬度;粗珩時(shí)為L(zhǎng)-Q，精珩時(shí)選用M-R；（4）珩磨油石的結(jié)合劑及組織；樹(shù)脂結(jié)合劑。

2）珩磨用量：

（1）在粗珩時(shí)圓周速度18m.min～25m.min，往復(fù)速度10m.min～25 m.min，交叉角45°。在精珩時(shí)圓周速度25m.min～30m.min，往復(fù)速度10m.min～25 m.min，交叉角30°；

（2）粗珩加工時(shí)油石工作壓力0.8MPa～2.0MPa，精珩加工時(shí)油石工作壓力0.8MPa～2.0MPa；

（3）粗珩的珩磨余量為0.08mm～0.15mm.，精珩的珩磨余量為0.02mm～0.06mm。

7 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)改進(jìn)的工藝路線進(jìn)行加工，運(yùn)用選定的珩磨油石參數(shù)及珩磨余量對(duì)一批作動(dòng)筒進(jìn)行試加工，試驗(yàn)結(jié)果：通過(guò)合并工序，生產(chǎn)效率提高了60%以上，降低了工裝成本，用珩磨工序代替磨加工工序加工內(nèi)孔，內(nèi)孔質(zhì)量滿足了圖紙規(guī)定要求，合格率達(dá)到100%。作動(dòng)筒通過(guò)磨合試驗(yàn)，消除了卡滯現(xiàn)象，確保了作動(dòng)筒的工作平穩(wěn)性，摸索出珩磨鈦合金材料的珩磨油石參數(shù)和珩磨余量，為今后類似零件珩磨奠定了良好的基礎(chǔ)，達(dá)到了本次攻關(guān)的目的。

8 操作珩磨設(shè)備安全技術(shù)要求

1）工件裝夾牢固，調(diào)節(jié)行程時(shí)要留意是否可能碰撞，第一次行程應(yīng)做慢進(jìn)給試驗(yàn)，使用前各潤(rùn)滑部位要加油，并開(kāi)車運(yùn)行 2min～3min；

2）加工件要放置平穩(wěn)、地面油漬隨時(shí)清除；

3）珩磨頭如果裝萬(wàn)向接頭時(shí)，開(kāi)車前必須將珩磨頭前端先進(jìn)入工件內(nèi)，以防止珩磨頭向外飛出傷人，操作時(shí)要防止夾傷手指；

4）工作前，檢查接地線是否安全可靠。工作中防止電氣設(shè)備沾上潤(rùn)滑液、冷卻液，并防止因電線與運(yùn)轉(zhuǎn)部件磨損而發(fā)生漏電事故。

[1]王世清.深孔加工技術(shù)[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.