高温合金薄壁机匣加工技术

摘要 本论文中我以RR加拿大公司的产品TRN101901（高低压外轴承座机匣组件）为例，介绍加工过程中的半精加工，精铣岛屿外型、精加工、两道工序的加工方法。并对机匣零件结构特点及材料加工性能进行分析，从工艺路线、加工方法、加工刀具的选择及数控加工走刀路线等方面对如何控制零件在加工中的变形、表面硬化，切削液及保证产品质量方面进行探讨研究。

关键词 机匣；变形；切削液；加工方法

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）121-0206-02

1零件结构特点及材料特性分析

1.1产品结构特点

该机匣径向内外岛屿繁多形状各异，内圆三种形状凹槽百余个，且在零件上下端面、径向岛屿及侧壁排列多组装配定位孔。加工外部岛屿及内壁上中下各类凹槽时余量及切削力大极易造成工件变形，直接间接尺寸繁多不易保证。

1.2材料特性分析

该零件材料为MSRR7209（相当于Inconel 718），属于高温合金，毛料供应状态为固熔状态，成品零件为固溶时效状态。Inconel 718是一种沉淀硬化的镍铬合金，含有相当数量的铁、铌和钼，以及少量的铝和钛。它把耐蚀性、高强度与杰出的焊接性能（包括抗焊后破裂的性能）结合在一起。在高达700。C的温度下，该合金具有极佳的蠕变断裂强度。

2零件加工工艺性及变形影响分析

1）从零件的结构特点和材料特点及加工性能分析，零件的加工工艺性分析如下：

（1）零件壁薄、刚性差，岛屿及开槽处材料去除量大，加工中极易变形；（2）由于岛屿部岛屿中间孔及槽切削力大，在限制零件加工后残余应力释放产生变形起不到较好控制；（3）锻件毛料尺寸余量大，大量原材料去除，形成一部分机加内应力。

2）机匣零件的加工变形机理

变形：作用力引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。弹性变形一载荷撤除后，可完全恢复的变形。塑性变形一载荷撤除后，不可恢复的变形。在实际的零件加工过程中，以上两种变形均存在并对零件最终尺寸的影响起到一定作用。

3）变形产生的来源

（1）毛坯制造过程中产生内应力；（2）机械加工产生的内应力；（3）零件在加工过程中自身的内应力重新分布引起的变形。

4）加工阶段划分及加工变形控制

由于零件结构复杂、壁薄，容易产生加工变形，对制造精度影响特别大，因此，加工时应划分阶段进行。通常划分成，半精加工阶段和精加工阶段。目前，在控制机匣件的加工变形主要从以下两个方面进行：

（1）确定最佳的工艺方案

为解决机匣加工的变形问题应尽可能地采用数控加工。采用合理的走刀轨迹是控制零件变形的有效措施，同时对零件装夹方式和切削策略的合理选择等也是控制机匣变形的有效途径之一。

（2）优化切削参数

切削参数是加工过程中对切削力影响最大的指标。通过对不同材料机匣的数字化工艺验证，确定合理的切削参数来减少加工中零件的变形。

3机械加工路线设计

3.1加工顺序的安排

（1）机械加工顺序的安排――①先基准后其它；②先粗后精；③先主后次、穿行；④先面后孔。

基准加工――主要面粗加工――次要面加工――主要面半精加工――次要面加工一修基准一主要面精加工。

（2）热处理工序的安排

机匣零件在加工过程中，通常都安排有热处理工序。

为了消除内应力而安排的热处理工序，通常安排在半精加工之后，精加工之前，或者安排在粗加工之后，半精加工之前。安排热处理工序的位置时，要综合考虑零件的设计结构、材料、加工余量、加工方法等因素。

3.2工艺路线安排

根据公司多年来加工机匣零件的经验，以及与RR公司技术专家的探讨并经过专家组评审，确定机匣加工工艺路线如下：车小端一车大端一钻孔一铣内圆岛一去毛刺一车外圆一精铣岛屿外形一标印一去毛刺一修基准一精车外圆一精车内圆一精铣一去毛刺一精铣一检验一荧光检查一清洗―装配―最终检验―入库。

该工艺是典型的“先车后铣”工艺路线。

4半精加工精铣岛屿外型和精加工内外轮廓及孔加工方法

半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。它的目的是要得到加工尺寸和降低工件的表面粗糙度，理想的尺寸精度取决于机床精度和加工残余的均匀程度，因此，要避免在加工过程中受力的突然变化，使切削力均匀；工件的表面粗糙度主要取决于切削速度，切削速度的大小是由刀具直径的大小和主轴转速的高低决定的。线速度越大，工件表面质量越好，但同时，线速度加大也会加剧刀具的磨损程度。所以，在能够达到工件表面质量要求的前提下，不宜采取过大的转速。降低表面粗糙度的另一个主要参数是每齿进给量，即主轴转一转，刀具在工件表面滑过的距离，这个距离越小工件表面质量越好。但过小的进给量又会影响效率的提高，所以，在达到工件表面质量要求的前提下，又要适当的加大进给速度。

5难点分析及解决措施

1）为保证零件的最终加工尺寸，有效降低变形和表面质量情况在装夹方面对工装夹具进行合理改进，由原始无支撑夹具添加活支撑利用活支撑将工件内壁撑住在加工中有效抵抗切削大对工件所照成的变形现象。

2）降低切削热

由于陶瓷刀具切削特点干切削，切深大，切削速度高，加工后零件表面切削热大，此机匣结构特点薄壁热量透过工件达到内部造成工件内部糊焦，内部组织元素发生改变，不符合技术要求，经过一再探索研究在加工前将工件内部灌满冷却液直接从内部进行冷降温，最终加工后内部表面糊焦现象被解决，此方法不但不会违背陶瓷刀具干切削这一特性要求，还可有效降低切削时刀具与工件切削时所产生的震动。

3）切削液的使用

为了降低切削温度和切削力，改善加工表面质量，保证加工精度，提高生产效率，我们选择了性和冷却作用均优的高效重负荷乳化切削液，并在其中添加优质极压添加剂，及表面活性剂。如此不仅能降低零件的切削温度，还起到了很好的作用。

4）让刀现象的解决由于InconeI 718材料特点和NC机床主轴刚性保护方面考虑，在零件加工余量较大时会产生严重的让刀现象。为解决这一问题，我们在数控铣加工大余量形面加工及凹槽时，在去除大的余量后，留0.1mm～0.2mm的余量，再精加工一刀，减小切削力，以消除由于让刀所造成的型面上下尺寸不一致。