高温合金零件工艺研究

高温合金零件工艺研究（精选11篇）

高温合金零件工艺研究 第1篇

(1) 概述部分:介绍GE公司轴承后旋转密封件的结构特点和加工工艺难点; (2) 工艺路线及机械加工:针对零件结构特点和加工难点论述零件加工工艺和机械加工过程;

1 GE典型航空薄壁零件结构分析

高温合金材合金材料在各种系列航空发动机内广泛使用, 其轻质量化及大推重比, 决定发动机内部零件需尽量采用薄壁零件, 尤其是高温合金零件。本文就GE航空发动机部分典型薄壁零件进行深入分析。

1.1 典型零件轴承转子封严圈

典型GE航空发动转子封严圈, 典型结构均为一端大一端小, 整体壁厚不超过2.5mm, 零件小端最薄处壁厚仅为1.27mm, 且在零件的端口处有热喷涂, 零件大端为零件装配基准, 基准处有24或28处花边, 铣加工花边处, 壁厚为2.5mm。零件的装配止口公差均为±0.0254mm。零件整体如图1:

1.2 零件材料及特点

1.2.1 镍基高温合金

镍基高温合金是以镍为基体在650-1000°C范围内, 正是由于镍基高温合金特点, 其材料被大量用于航空发动机中的高温下长期工作的发动机零件。

1.2.2 工艺难点

该系列零件为薄壁零件, 车加工时, 零件大端止口及小端圆跳容易变形, 铣加工时, 零件轮廓度超差, 不容易合格, 热喷涂后, 零件小端圆跳超差。研制时遇到的具体问题如下:

(1) 精车小端工序, 精车内外圆时, 由于内应力的释放, 造成大端基准平面度及圆度状态较差, 于是, 小端外圆加工完成后跳动超差严重, 一次加工不合格率在80%以上。

(2) 铣加工花工序, 花边壁厚为2.54mm, 数量为24-28处, 轮廓度要求相对A, B, C基准不大于0.25mm, 技术条件严格, 一次加工不合格率达50%以上。

(3) 修基准工序, 大端基准圆度尺寸超差严重, 不合格率约占20%, 由于基准圆度超差, 导致最终机加工序-修基准时找正困难, 部分零件已无余量修基准。

(4) 车涂层工序, 热喷涂造成发生变形严重, 导致车削后涂层的跳动超差严重, 即使在约束条件下, 不合格率也在50%以上。

2 加工工艺研究

2.1 工装和刀具选择

工装:工装的好坏直接决定零件的加工精度, 尤其对于高温合金薄壁类零件, 于是选择合适的工装至关重要。针对高温合金薄壁件加易变形的特点, 就以下几个方面对工装进行了考虑:

(1) 结构刚性。工装本身要具有足够的刚性, 确保零件装夹后能够承受足够的切削力, 不能存在加工中的零件窜动, 且必须有辅助支撑部件, 在不存在过定位的情况下, 尽可能的支承住零件易变形位置。

(2) 结构灵活性。便于装夹, 结构简便, 拆卸方便, 尤其时具有有辅助支承的夹具, 常常需要在加工中进行装卸, 为降低工人的劳动强度, 提高加工效率, 需要设计轻便快捷的辅助支承模块。

刀具:镍基高温合金是一种难切削材料, 在加工中这两种材料很容易产生亲和, 因此应选用涂有相对耐磨涂层的刀具, 防止在切削中, 刀具磨损过快, 而造成零件表皮硬化, 尺寸超差。

2.2 工艺路线

由于零件整体结构为薄壁环形件, 极易变形, 故考虑车加工应考虑粗精分开, 车加工完成后进行铣加工, 而后对零件进行修零件基准, 然后进行喷涂, 最后安排车削涂层。

2.3 车加工的攻关

针对制定好的工艺路线, 对车加工进行了研制攻关:

研制初期零件余量安排:粗加工余量为4.5-8mm, 半精加工单边余量为2mm, 精加工单边余量为1mm。

研制初期零件加工方法:

(1) 粗加工, 采取四爪卡盘夹紧零件, 直接用焊接刀进行去除余量。

(2) 半精加工:采用数控卧车进行车削, 机夹刀片去除零件余量。

(3) 精加工:采用数控卧车进行车削, 机夹球刀片去除零件余量。

研制初期所遇到的问题:

(1) 精车小端工序, 精车内外圆时, 由于内应力的释放, 造成大端基准平面度及圆度状态较差, 于是, 小端外圆加工完成后跳动超差严重, 小端内圆跳动要求0.05mm, 加工后实际为0.12mm, 外圆跳动要求0.10mm, 加工后实际为0.12mm。

(2) 修基准工序, 大端基准圆度尺寸超差严重, 加工余量为0.254mm, 但零件本身喷涂后基准跳动为0.2mm, 最小余量处理论上只有0.05mm, 但零件基准A平面度为0.1mm, 零件夹紧及松开时, 都会产生一定的变化, 保证基准±0.025mm的公差十分困难。

2.4 针对研制初期零件出现的各种问题, 进行了攻关:

(1) 工艺中增加修基准工序, 在粗车完成, 半精车工序后增加修基准工序, 目的是消除前工序产生的变形, 为后续工序加工做好基准定位。

(2) 调整加工余量:粗加工余量调整为5.5-9mm, 半精加工单边余量调整为1.5mm, 精加工单边余量调整为0.5mm。此改进也大量节省机加刀片, 使得车加工刀片费用降低了近50%。

(3) 粗加工时采用自制夹具, 减少研制初期由四爪卡盘加紧零件而产生的内应力。

(4) 增加零件各工序加工后零件的时效时间, 每道工序需要自然时效24小时以上。

(5) 半精加工斜面改为偏刀车削, 减少球刀切削产生的内应力。效果:

(1) 零件精车小端后, 内外圆跳动合格率达100%。

(2) 喷涂后, 零件修基准合格率可达95%以上。

2.5 铣加工的攻关

铣加工工序要求完成厚度为2.54mm的28处均布花边和孔, 以及完成零件外斜面筋的加工。

原加工方法为零件小端向上, 可以同时铣加工零件加强筋及花边。但是加工中存在的震动及变形, 造成花边表面粗糙度及轮廓度超差较为严重, 达到50%。分析原因后, 进行了如下工作:

工艺规程方面:

拆分零件的加工工序, 将铣花边及铣加强筋分为两道工序。

夹具方面:自制铣加工夹具, 加工时, 零件的大端向上:通过以上方法解决了, 因刀杆过长问题, 导致加工时, 刀具震动, 刀具打刀的现象。同时在加工时发现另一问题, 加工时, 零件仅有止口定位, 无法将零件固定住, 加工时存在零件窜动现象, 这样我们做了两组销子及在夹具上钻孔。

3 加工工艺总结和推广

此次对高温合金零薄壁件的加工工艺方法的一次改进总结, 发现了一些高温合金零薄壁件的加工工艺方法, 如何合理安排零件工艺路线, 选用合适的工装, 选用合适刀具进行加工, 安排合理的走刀路线;除此之外, 也对刀具对零件加工中应用的重要性有所认识, 这些方法和措施也会推广到GE公司其它的高温合金薄壁零件的研制中去, 不断摸索与创新。

参考文献

[1]金属切削手册.技术中心金属研究室.

[2]金属切削技术指南.山特维克可乐满.

[3]西门子编程教程.

[4]AMS4132.美国航空材料标准.

[5]机械零件设计手册[M].北京:机械工业出版社.

高温合金零件工艺研究 第2篇

面向FMS生产调度和控制的零件动态工艺模型研究*注意：本文已经在《中国机械工程》(,9(9):36～38)杂志发表

使用者请注明文章内容出处赵天奇邓建春童国帆李培根段正澄摘要：提出一种基于FMS生产调度与控制的零件动态工艺模型。该模型由零件加工工序和各个工序之间的约束关系描述两部分组成，去掉了传统人为的加工顺序约束，易于与生产调度控制系统集成，能充分发挥FMS生产调度柔性的特点，为FMS优化生产调度的实现提供一条较好的途径。

关键词FMS生产调度CAPP动态工艺模型

中国图书资料分类法分类号TH165笔者根据FMS生产调度的特点，在现有零件模型的基础上提出零件的动态工艺模型。

1零件工艺模型的常用表达方法

通常的CAPP系统只能设计出静态的或只具有部分柔性的理想化的工艺规程。

1.1固定加工顺序的工艺文件方式

通常生产调度中使用的零件工艺文件格式为

零件名;

零件号;

工序1，机床名加工时间;

工序2，机床名加工时间;

……

工序n，机床名 加工时间;

END

该方法的优点是表达方式简单明了，缺点是限制了加工的自由度及柔性，使得加工只能严格按给定的工艺顺序进行，从而限制了柔性加工系统最优指标的实现。该方法对单机加工或JOB―SHOP生产较合适。

1.2多工艺方案与/或图的表示方法[1，2]

图1为一个实例零件的与/或图。用与/或图

图1实例零件的加工顺序与/或图可以表示出零件加工顺序的部分约束关系。通过对该图按一定的启发式搜索算法进行搜索可得到多个可行的加工工艺路线。

该方法在一定程度上增加了CAPP的柔性，并考虑到了静态生产环境，但是没有考虑实际的动态生产情况，因而还很难在FMS生产系统中应用。

1.3有向图表示方法

有向图可以表示零件的加工工艺顺序。图2为一实例。通过对有向图的遍历可得到多个工艺方案。

图2实例零件工序结构的有向图表示该方法直观地表达了零件加工工序及工序之间的约束关系，可用图论的方法进行描述与变换，但对FMS可替代加工工序无法表达，须对多个加工工艺方案进行复杂的评价才有可能得到可行的加工方案。

2基于FMS的零件动态工艺模型

为了适应FMS生产柔性的特点，零件工艺描述必须既能反映零件的所有加工特征，又能反映出加工工序之间的约束关系，同时还能表示出加工工序的可替代性。所谓可替代加工工序是指某一工序可以由不同的机床加工完成，一旦确定好加工机床，则可完成该工序加工的其它候补工序即取消。

为了增加零件工艺表达的灵活性，减少人为的.对工艺加工顺序的约束，笔者以现有零件工艺模型为基础，提出了一种更灵活的表示方法。

零件动态工艺模型仍用有向图表示(见图3)，图中节点表示零件的一个加工工序或一系列的可替代加工工序，该工序与加工机床及对应的加工参数相联系(如加工时间、刀具号、NC文件名等);有向弧表示零件工序的加工顺序约束关系。任何从头节点(Head)到尾节点(End)的遍历路径都是一个有效的加工工艺路线。

图3实例零件的动态工艺模型假设该有向图有n条遍历路线(工艺方案)，第i道工序有ki种加工方案(即有ki-1个可替代加工工序)，共有m个节点(不计Head和End节点)，则零件可能有的加工方案数为。

常用的CAPP系统产生的工艺方案较大地限制了零件工艺表达的柔性。较好的情况是仅考虑了部分生产调度的静态因素，而且一定要产生完整的和确定的加工工艺路线(一般要通过对多工艺方案进行评价后得到)，这使得CAPP系统过于复杂。这里提出的零件动态工艺模型却是仅提供零件的工序、可替代工序及工序加工顺序之间的约束关系，至于实际生产中具体选择什么样的加工顺序、每道工序中选择哪一个可替代工序则完全由实际生产中的资源状态、零件本身的加工情况以及用户的具体要求进行选择，零件的具体加工工艺路线不需要事先确定，直到零件加工好后才知道，并且相同类型的零件可能有不同的工艺路线，零件的具体加工工艺是在实际加工中根据系统的状态及加工性能指标动态重组而成。

这样的零件描述相对传统的Job-Shop生产而言似乎是不完备的，但却为现代化的柔性生产提供了更大的调度空间。该方法不仅大大减少了CAPP的工作量及难度，显著提高了实际生产调度控制中的灵活性，而且不会提高调度控制的难度，从而为FMS生产性能(如系统生产率、总加工时间、机床负荷平衡率等)的提高创造了条件。

3零件动态工艺模型的计算机表示方法及数据结构

3.1零件工艺参数描述

该部分描述了零件的所有工序参数，以文件形式表示，其结构为

零件名;

零件号;

工序1，工序11 工序12 … 工序1k1;

工序2，工序21 工序22 … 工序2k2;

……

工序n，工序n1 工序n2 … 工序nkn;

END

工序i表示第i道工序的信息节点;工序ij表示工序i的所有可完成该工序加工的工序节点序列。上述文件表示零件共有n道加工工序，其中工序1有k1种实现方法，工序2有k2种实现方法，……工序n有kn种实现方法。

工序信息节点及可替代工序节点的数据结构(C++语言表示)为

class ProcedureInfo∥工序信息节点类

{ public：

ProcedureInfo:∥构造函数

ProcedureInfo(int,float,ProcedureInfo* AlternativeProcedureInfo=NULL);

～ProcedureInfo();∥析构函数

int Machine_No;∥机床号

float Machining_Time;∥加工时间

ProcedureInfo* Alternative ProcedureInfo;∥替代工序的加工信息

｝;

class Procedure∥工序节点类

{ public：

Procedure();∥构造函数

Procedure(int);∥构造函数

～Procedure();∥析构函数

int Procedure_No;∥工序号

ProcedureInfo*?ThisProcedureInfo;∥当前工序

Procedure* NextProcedure;∥下一道工序

｝;

3.2工艺约束关系描述

零件工艺约束关系主要描述各加工工序之间的加工顺序。因工序是有向图中的节点，工序之间的约束关系即为节点之间的关系，可用图论方法进行描述。

3.2.1用邻接矩阵方法

以图3为例来说明。

邻接矩阵

因实际零件邻接矩阵多为稀疏矩阵，也可用十字链

表结构表示。

3.2.2用邻接表方法

仍以图3为例说明。其邻接表(见图4)为

图4实例零件的邻接表形式

邻接表中每个方框表示零件的一道工序(即工序节点)，方框内的数字表示工序号。工序节点按工序号顺序排放(第一列)，并用箭头指向其相邻的工序节点。相邻的工序节点中节点号为正表示该节点为后续工序节点，为负表示该节点为前继工序节点。邻接表中工序节点的结构与类Procedure相似。

4基于零件动态工艺模型的调度控制方法的实现算法与特点

4.1实现算法

基于零件动态工艺模型的调度控制算法是在零件动态工艺模型的基础上结合启发式动态调度算法实现的，其过程为

Step 1：搜索零件邻接表，把无前继节点的工序节点加入可调度工序集合中。

Step 2：在可调度工序集合中动态选择一工序。

Step 3：搜索出该工序节点的后续节点。

a.删除这些后续工序节点中对应所选择的加工工序的前继工序节点;

b.在可调度工序集合中删除所选择的工序节点;

c.判断这些后续工序节点是否有前继节 点，把无前继节点的工序节点加入可调度工序集合中。

Step 4：判断可调度工序集合中的元素个数：

若为零，则该零件加工完成，转Step 5;

否则转Step 2。

Step 5：发出该零件加工完成指令。

4.2零件动态工艺模型的特点

(1)易于实现。在CAPP阶段只根据零件工艺特征及生产系统资源产生实现这些特征的加工工序节点或可替代工序节点，以及工序之间的约束关系，而不需要直接产生确定的加工工艺方案以及对这些方案的评价;

(2)合理描述了零件的工艺过程，去掉了人为的不合理的加工顺序约束，并增加了对FMS中经常存在的可替代加工工序的描述;

(3)充分考虑了FMS生产的特点，易于与生产调度控制系统集成;

(4)能充分发挥FMS生产调度的柔性，并且不会显著增加调度控制的工作量与难度，为FMS的优化生产调度的实现奠定了基础。

参考文献

1Deng Chao.An Integrated System of CAPP and JOB-SHOP Scheduling.International Conference on Manufacturing Automation,HongKong,.

2Cai L G,Li P G,Duan Z C.An Applied Part Model Based on Form Feature Binary Tree for Integrated CAD/CAPP/CAM System of Rotational Componences.ICIM’95，Wuhan,1995.

赵天奇男，1965年生。华中理工大学(武汉市430074)机械科学与工程学院制造自动化研究所博士研究生、讲师。研究方向为柔性制造系统建模、仿真、调度与控制，CAD/CAPP/CAM集成技术，智能制造系统等，发表论文10多篇。

邓建春童国帆李培根段正澄武汉市430074华中理工大学

*国家863高技术计划资助项目(863―511―9608)

收稿日期：1997―05―20修回日期：1997―12―29

The Research on Part Dynamic Process Model Based on the Scheduling and controlling for FMS

Zhao Tianqi(Huazhong University of Science & Technology, Wuhan,P.R. China)

Deng Jianchun, Tong Guofan, Li Peigen, Duan Zhengcheng

Abstract: In thia paper adynamic process model of part is built based on the sceduling and controlling for FMS. It is composed of the processes(include the alternative processes)description and the constraint relationships among these processes.The model can celstraditional man-made constrains among processes, and can bring the flexibility to be integrated with production and sceduling system, so it provide a good method for optimal production and sceduling for FMS.

高温合金零件工艺研究 第3篇

【关键词】铝合金；残余应力；加工变形；框类

1.引言

航空大型整体结构件的加工变形不但影响飞机的正常装配，还在一定程度上降低飞机的性能和质量，其预测和控制是航空制造业公认的难题。整体结构件的加工变形由切削力、切削热、装夹力、工艺路径、毛坯内应力和切削残余应力等因素导致，并受到零件结构和加工工艺等因素影响。

切削残余应力对整体结构件，尤其是薄壁整体结构件的加工变形有着较大影响，对其控制的研究主要针对优化工艺参数、采用高速切削技术等，未见设备性能对残余应力影响的报道。同时，对铝合金整体结构件的加工变形研究重点关注了铝合金材料在切削温度条件下的本构特性，忽略了铝合金材料的低温蠕变特性，暂无关于铝合金零件加工后蠕变变形的研究。研究常温下铝合金整体结构件在内应力和切削残余应力作用下的蠕变变形，对其加工变形控制也具有重要意义。

2.毛坯残余应力分析和测量方法概述

基于材料去除的测量方法，其基于宏观的弹塑性力学，建立切除部分材料所引起的应变与其被测物体所含内应力值的数学关系，通过测量应变或者相关量进而求出原始应力值。这类方法主要有小孔法、逐层法、裂纹柔度法等。

在小孔法中，如图2.1所示，物体表层的主应力1 与所粘贴的应变片1间存在夹角θ，钻孔后所释放应力导致的0度、45度和90度三个方向的应变1 、2 和3 分别被应变片1-3测得，利用公式可计算得两个主应力和的值和夹角θ的值，式中参数A和B为与弹性模量、泊松比、钻孔直径d和应变片尺寸和位置r有关应力释放系数，可以通过文献所提方法获得。近年来科学工作者对小孔法做了大量研究工作，从测量原理到实际操作中的各种工艺因素、误差来源等进行了深入的研究，使其日趋完善。针对孔位、孔径、孔深对测量精度造成的影响作了详细研究，对粘接剂的选择使用以及粘贴技术问题作了专门研究，对实际操作过程很有指导意义。Schajer针对盲孔法采用有限元数值分析的方法，分别对不同尺寸、形状的盲孔周围的应力分布情况进行计算，得出孔深径比及孔缘孔底形状对释放应力的影响。小孔法可以较准确地测量钻孔处数毫米深度范围内的应力平均值，测量深度远大于X射线法等方法，目前已成为工程上最通用的残余应力测量方法，成为行业标准。

运用小孔法测量大型结构件毛坯内应力需解决三个方面的问题。第一，由于小孔法测量的是数毫米深度范围内的应力平均值，且测量深度相对于厚度数十毫米甚至数百毫米的毛坯厚度还远远不够，因此需解决如何利用小孔法测量毛坯内部较深位置应力分布的问题。Soete W等提出采用逐层钻孔的方法，对传统小孔法进行改进，将一次完成的钻孔过程分步逐层完成，依据每步释放的应变计算应力沿孔深方向的分布。但是逐层钻孔法并没有解决测量深度的问题，因为小孔法测量极限深度是孔径的1.2倍，而且随着孔深逐渐逼近孔径尺寸逐层钻孔的精度会急剧下降。第二，小孔法仅能获得钻孔处的应力值，相对于毛坯尺寸可认为仅测量了点处（一维）的应力值，为了测量获得面上（二维）或体内（三維）的应力分布，需进行多点测量，因此还需解决如何基于多个点处的应力数据计算面上和体内应力分布的问题，目前还没有相关研究报道。第三，小孔法测量效率有待提高。小孔法测量需完成钻孔和测应变两个主要步骤，钻孔需要定位，通常精度需保证在0.1mm内。如采用应变片测应变则需要贴应变片、焊线等。V. V. Balalov， M. Ya， D.V. Nelson和戴福隆等利用云纹干涉技术代替应变片测量应变，结合小孔法建立了各种测量残余应力实验方法与系统，可以节约贴片需要的时间，但是搭建云纹干涉的光路也需要耗费大量时间。操作繁琐且技术要求使得小孔法测量效率低下。虽然业内研究者设计了多种便携的钻孔或测应变的装置，但是对于需要钻数百甚至数千个孔的大型毛坯测量工程，采用人工测量依然存在操作繁琐、测量周期长的问题需要解决。

3.毛坯试件应力分布测量

针对上述仅数毫米厚度的薄壁结构内应力测量需求，我们进行了深入系统地研究，并在国内多家相关机构进行了调研，最后采用了钻孔应变计法。钻孔应变计法应力测量过程如图 3.1所示

4.结论

通过理论计算和数据模拟分析得出了如下结论，试验后初始残余应力分布规律和模拟过程基本吻合，计算的变形量理论结果和有限元结果能够很好吻合，研究中的残余应力都小于材料的屈服应力，所产生的变形都在弹性范围内。测试中忽略了加工过程引入起的残余应力和加工热，所以要使计算和模拟更具有实用性，还需开展热力耦合实验研究。

参考文献：

[1]田荣鑫， 刘维伟， 姚倡锋，等. 薄壁构件单面铣削残余应力变形有限元模拟与试验研究[J]. 航空精密制造技术， 2015， 51（6）：1-1.

[2]董辉跃， 柯映林. 残余应力对加工变形影响的分析与模拟[J]. 航空材料学报， 2005， 25（5）：54-58.

[3]周广涛， 刘雪松， 方洪渊. 纵向预置应力法控制薄板焊接残余应力与变形[J]. 机械工程材料， 2008， 32（3）.

[4]孙杰， 柯映林. 残余应力对航空整体结构件加工变形的影响分析[J]. 机械工程学报， 2005， 41（2）：117-122.

钛合金零件加工工艺方法分析 第4篇

钛合金密度低、比强度 (强度/密度) 高、抗腐蚀性能好、耐热性高、韧性、塑性、可焊性均较好, 目前在航空航天、汽车、医学、体育用品及电解工业等许多领域均已大量使用钛合金。但导热性能差、硬度高、弹性模量低等特性也导致钛合金成为较难加工的金属材料。本文是针对其工艺特性总结出的钛合金切削加工中的一些工艺措施。

1 钛合金材料的主要优点

(1) 钛合金强度高而密度小 (4.4kg/dm3) 、重量轻, 为一些大型结构件减轻重量提供了解决方案。

(2) 热强性高。钛合金在400~500℃条件下仍能维持较高的强度, 可以稳定的工作, 而铝合金的工作温度只能在200℃以下。

(3) 与钢材相比钛合金固有的高耐蚀性可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。

2 钛合金加工特性分析

(1) 导热系数低。TC4在200℃时热导率l=16.8W/m·℃, 导热系数是0.036卡/厘米·秒·℃, 仅是钢的1/4, 铝的1/13, 铜的1/25。在切削加工过程中散热和冷却效果差, 缩短了刀具寿命。

(2) 弹性模量低, 零件已加工表面回弹大, 导致已加工表面与刀具的后刀面接触面积增大, 既影响零件尺寸精度又降低了刀具耐用度。

(3) 硬度因素。硬度值低的钛合金加工时会发粘, 切屑沾在刀具前刀面的切削刃附近形成积屑瘤, 影响加工效果;硬度值高的钛合金加工时容易使刀具产生崩刃和磨蚀。这些特性导致钛合金金属去除率低, 仅为钢件的1/4, 加工时间较同尺寸钢件要长得多。

(4) 化学亲和性强。钛不仅可以与空气中的主要成分氮、氧、一氧化碳等物质发生化学反应, 在合金表面形成Ti C及Ti N硬化层, 而且在切削加工产生的高温条件下还能与刀具材料起反应, 降低了刀具的耐用度。

(5) 切削过程中的安全性能差。钛属于易燃金属, 微量切削时加工中产生的高温和火花可能引起钛屑燃烧。

3 钛合金加工工艺方法

(1) 尽可能使用硬质合金刀具, 钨钴类硬质合金具有强度高、导热性较好的特点, 与钛高温下也不易发生化学反应, 适合用来加工钛合金。

(2) 合理选择刀具几何参数。为降低切削温度, 减少刀具粘结现象, 可适当减小刀具前角, 通过增加切屑与前刀面的接触面积来散热;同时增大刀具后角, 减少因已加工表面回弹与刀具后刀面摩擦接触而产生刀具粘结、已加工表面精度降低的现象;刀尖宜采用圆弧过渡以增强刀具强度。加工钛合金要经常修磨刀具以保证其刃形锋利、排屑顺畅。

(3) 适宜的切削参数。确定切削参数可参考一下方案:较低的切削速度——切削速度高会导致切削温度急剧升高;适中的进给量——进给量大则切削温度高, 进给量小则刀刃因在硬化层中切削时间长而磨损加快;较大的切削深度——刀尖越过钛合金表面的硬化层切削能提高刀具寿命。

(4) 加工中切削液流量和压力要大, 对加工区域要充分连续的冷却以降低切削温度。

(5) 选用机床必须始终注意提高稳定性以避免振动趋势。振动会造成刀刃崩碎、刀片损坏的结果。同时, 加工钛合金工艺系统刚性要好以保证切削时采用较大的切削深度, 但钛合金加工回弹大, 夹紧力较大会加剧工件变形, 故精加工时可以考虑使用拼装夹具等辅助支撑以满足工艺系统刚度要求。

(6) 铣削方式一般采用顺铣。钛合金加工中逆铣造成的铣刀粘屑和崩刃要比顺铣产生的铣刀破损严重得多。

(7) 磨削常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。故磨削时宜采用磨粒锋利、硬度高、导热性好的绿碳化硅砂轮;根据被加工表面光洁度的不同砂轮粒度可采用F36~F80;砂轮硬度应较软, 用以减少磨粒与磨屑的粘附, 降低磨削热;磨削进给量要小、速度偏低, 乳化液充足。

(8) 钛合金钻孔时需要对标准钻头进行修磨以减少烧刀和钻头折断现象。修磨方法:适当增大顶角、减小切削部位前角、增大切削部位后角, 圆柱刃倒锥度数翻倍。加工中应增加退刀次数, 钻头不得在孔内停留, 及时清除切屑, 足量的乳化液冷却, 注意观察钻头变钝应及时清除切屑, 足量的乳化液冷却, 注意观察钻头变钝应及时更换修磨。

(9) 钛合金铰孔也需要对标准铰刀进行改制:铰刀刃带宽度应小于0.15mm, 切削部位与校准部位宜圆弧过渡, 避免出现尖点。铰孔时可采用组铰刀多次铰削, 每次增加铰刀直径0.1mm以下, 主轴转速宜稍慢, 退刀时不停车。用这种方法铰孔能达到较高的光洁度要求。

(10) 攻螺纹是钛合金加工中最为困难的一环, 因扭矩过大, 丝锥刀齿很快就会磨损, 已加工部位的回弹甚至能使丝锥折断在孔内。选用普通丝锥加工时应根据直径大小适当减少其齿数以增大容屑空间, 在校准齿上留出0.15mm宽度的刃带后需将后角增大至30°左右, 去除1/2~1/3齿背, 校准齿保留3扣后增大倒锥度数。建议选用跳牙丝锥能有效的减少刀具和工件接触面积, 加工效果亦较好。

4 加工注意事项

(1) 刀具勤修磨、保持锋利, 以确保其加工过程中产生尽可能少的切削热。 (2) 设备、刀、工、夹具应保持整洁, 切屑及时清除。 (3) 使用不燃或难燃的工具转移钛屑。将处理掉的碎屑存放在不可燃容器中覆盖好。 (4) 操作清洗过的钛合金零件应戴干净的手套, 避免以后造成氯化钠应力腐蚀。 (5) 切削区域有防火设施。 (6) 微量切削时, 切下的钛屑一旦起火, 可用干粉灭火剂或干土、干砂扑灭。

5 结束语

细长轴类零件加工工艺过程的研究 第5篇

关键词： C6132车床；细长轴类零件；工艺分析

中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0055-01

对于加工中小批量的轴类零件，工程上一般采用普通车床进行加工，此篇文章中零件的加工工艺过程分析是以C6132车床为基础的，通过对零件进行工艺分析后制定出相应的加工工艺过程。分析零件的作用及零件图上的技术要求，零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度及设计基准，零件的材质及机械加工的工艺性三方面后，最后制定加工工艺过程。下面将通过一个分析实例来进行分析。如图1所示：一个长度为157mm的用作后轮轴的细长轴类零件。

1 工艺分析

（1）对零件的作用及零件图上的技术要求分析。轴起着支撑传动零部件、传递力矩的作用。轴的基本结构是由回转体组成，实例中轴的主要加工表面有外圆柱面和螺纹。轴上支承轴颈和配合轴颈是最重要的加工表面，轴上支承轴颈直接影响后轮轴的回转精度，轴上配合轴颈影响传动件安装后是否产生跳动，影响轴的同轴度。（2）零件的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度的分析。 为保证整个产品的性能，这就要求轴的左右两边相关部分必须同轴，因为实例中轴的长度较长，很难保证同轴度，而且Φ3部分较细，所以采用套筒装夹；为使安装位置精度高，利用阶梯轴来实现轴向定位；支撑轴颈和配合轴颈的粗糙度会影响轴的回转精度，所以粗糙度要求较高。（3）材料选择。对于细长的轴类零件，综合考虑零件的作用及技术要求，计算并选择能够达到预期要求的材料。例如，细长的轴类零件如果强度要求较高，则可选择成型圆钢。选材的不同对零件加工工艺过程中的工序次序及工序内容有一定影响，实例分析中选择成型圆钢。

2 加工工艺过程

（1）主要表面的加工方法。轴为回转体结构，在车床上进行加工，支撑轴颈和配合轴颈部分因精度较高，故采用：粗车→半精车→精车；其余外圆柱采用：粗车→半精车。各外圆表面应尽量减少装夹次数，用同一把刀具完成加工，以保证加工质量，提高生产效率。（2）装卡方法。后轮轴较长，为便于加工，并保证同轴度，装卡时宜采用“一夹一顶”的方法。为保证同轴度，先加工中间外圆柱，再通过制作的剖分成两半的内径Φ3mm的套筒卡住工件中部，并用三爪卡盘卡住套筒，尾架顶尖顶住一端，最后加工两端，这样便于操作。（3）选择定位基准。轴的支撑轴颈和配合轴颈部分对基准轴线有同轴度要求，而整个轴较长，采用在轴两端钻中心孔，中间一次成形的Φ3部位及“套筒装夹”的方法是实现基准定位的间接保证。

3 结语

细长的轴类零件在普通车床上进行加工时，为保证同轴度，宜采用“一夹一顶”的装卡方法，若轴的中间部分较细，可采用如上述中用“套筒装夹”实现基准定位的方法进行装卡，在保证了同轴度的情况下才能够保证轴在装配后的产品中保证良好的性能。主要表面的加工方法主要要求支撑轴颈和配合轴颈部分达到精度要求，采用粗车→半精车→精车的方法能够保证轴与轴承之间的过盈配合。

参考文献

[1] 杨方.机械加工工艺基础[M].西安：西北工业大学出版社，2002.

[2] 傅水根.机械制造工艺基础（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2010.

大型薄壁铝合金零件加工过程研究 第6篇

关键词：铝合金,工艺优化,保护,变形

1 引言

近年来, 由于铝合金零件具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点, 被广泛的应用于民用航空零件中。大型薄壁铝合金零件结构复杂、自身刚性差、强度弱以及材料膨胀系数大, 零件易发生变形, 且铝合金类零件易腐蚀。成功的控制零件变形, 并做好零件的保护, 才能实现零件的合格交付。本文以某低压压缩机护罩零件为例研究控制大型薄壁铝合金零件的变形, 提高零件的合格率。

2 工艺优化

2.1 刀具及加工参数的选择

尽量选择锋利的刀片, 该类刀具可以减少零件在加工过程中产生的应力, 减少零件因刀具加工而造成的变型。零件选用的包括VBMT160404 R0.4偏刀、VBGT160408 R0.8偏刀、N123H2-0400-R01105 R2.0球刀。刀具VBGT160408, 精加工和粗加工都使用此刀具, 因为粗精加工都会使零件产生应力以致变形, 刀具加工参数为粗加工时转速45 r/min, 进给0.2 mm/r, 每刀切深0.5 mm, 精加工时转速40 r/min, 进给0.2 mm/r, 每刀切深0.2 mm。刀具VBMT160404只在精加工时使用, 刀具加工参数为转速40 r/min, 进给0.2mm/r, 每刀切深0.2mm。刀具N123H2-0400-R0 1105粗加工时转速45r/min, 进给0.1 mm/r, 每刀切深0.5mm, 精加工时转速30r/min, 进给0.1 mm/r, 每刀切深0.2 mm。

2.2 工艺路线及走刀路线的选择。

零件加工工艺路线及走刀路线的编制选择, 对零件控制零件变形, 保证零件质量非常重要。对于变形严重的零件工艺路线中有修基准、粗车、半精车和精车这几道工序, 根据实际情况也可以减少工序。每道工序又要分粗车、半精车、精车工步, 半精车工步根据需要实际需要决定取舍。每个工步都要以均匀祛除余量为主导, 内外型面都要加工, 并且内外型面余量要一致。粗车、半精车、精车工步之间要有应力释放作为间隔, 应力释放前应打表并记录零件的端跳及圆跳的状态数值, 并在起始位置做好标记, 应力释放时也要进行打表并记录零件的端跳及圆跳的状态数值。应力释放时要将压板对称松开。释放1-2个小时后, 重新找正, 找正时要参考比对之前记录的数值, 这样有利于快速找正, 并了解零件的变形量。每道车加工工序结束后也都要进行应力释放, 确保零件在没有外力影响下放置4-8小时。

2.3 设备、夹具应合理。

先进的机床系统应该具备高稳定性的机床支撑部件、高速主轴系统、高精度快速进给系统、高效的冷却系统、高性能CNC控制系统、高安全性安全保障措施。其次合理可靠的夹具设计在零件的高效加工中作用很大, 尤其是薄壁易变形零件, 应考虑增加辅助支撑或压盖, 这直接关系到整个零件系统的刚性。另外还应考虑到快速装夹、找正, 以降低辅助加工时间。当零件没有工艺边时, 可使用特殊的抱紧夹具。夹具采用16组扇形段及相关机构进行抱紧, 调整16组扇形段至零件可以轻松放入, 之后找正零件, 用塞尺消除零件与夹具基准面之间的间隙, 然后打表零件外圆, 对点小跳动均匀抱紧四个扇形段。

2.4 测具的选择及温度控制。

测具的选择对零件的检测很重要。卡钳类测具要保证接触零件的部分要圆滑, 不能有过尖, 过尖会划伤零件。测量直径类的测具如果要以零件为支撑时, 尺板最好为铝合金, 这样质量轻, 不会对零件产生影响, 同样接触零件的部分要圆滑, 不能有过尖。当加工和检测温度发生变化时, 零件会发生变形, 导致实际加工中零件无法准确加工和检测。可使用精确的温度计控制零件加工和检测时的环境温度。

3 机械加工过程中防腐蚀保护

不允许用手直接接触零件最终表面, 零件装夹前要认真清理夹具表面, 避免划伤零件表面, 不允许长时间与夹具接触。形成最终型面工序加工完毕后立即提交检验 (1小时内) , 若无法保证检验的进行, 需立即在加工表面涂防腐油介质。不允许任何其它液体附在零件表面, 必要时可用指定的防腐袋封装零件, 封装前检查防腐袋无污染。及时更换冷却液, 防止由于冷却液原因, 造成零件腐蚀。

4 零件周转和储存要求

第一, 手持零件时需带干净的防护手套。第二, 需周转零件时, 零件要用聚乙烯防腐袋封装或防腐油油封好后放到无污染和杂物的干净周转箱内, 不允许零件与金属直接接触。严禁露天存放、搬运裸露铝合金零组件。第三, 当零件需要进行荧光和阳极化, 要检查零件表面质量, 检查内容包括:不允许有腐蚀点、碰划伤、压坑和压痕。第四, 铝合金零件在高温、潮湿环境下特别容易发生腐蚀, 尤其是在夏季, 要特别注意, 需经常检查零件表面, 如发现腐蚀点, 要尽快处理。

结语

为了控制零件的变形, 提高零件的合格率, 需要使用合理的加工方案, 通过优化刀具及加工参数、制定工艺走刀路线、优选设备和夹具、测具得选择和温度补偿的使用, 以及零件防腐蚀保护和周转储存保护, 最终实现了控制零件的变形, 提高零件的合格率的目的

参考文献

[1]黎明技术中心.切削数据实用手册[Z].2011.

高温合金零件工艺研究 第7篇

关键词：烟草包装机,辊类零件,工艺技术,制造特点

辊类零件主要是在FOCKE FC800硬盒硬条包装机组上张紧烟用BOPP薄膜或铝箔纸使用的功能零件, 各种规格数量比较多, 品质差的辊类零件在高速运行的情况下可直接导致包装的偏斜, 所以辊类零件的好坏直接影响到烟包、烟条的外观品质, FOCKE FC800硬盒包装机运用了采用直包方式双路包装技术, 包装速度800包/min, 是国内自主制造最先进的超高速包装机组［1］。由于包装速度的提高, 设计中采用的辊类零件设计要求轻和薄壁, 故采用了铝合金材料的薄壁零件, 由于铝合金零件材料热膨胀系数较大, 该类零件的加工变形是机械制造中较棘手的问题, 加工比较困难, 本文通过辊类零件的加工总结出一套加工方法, 实践证明该方法有效地解决了壳类薄壁零件加工变形的问题［2］。

1薄壁铝合金零件加工分析

1) 存在的问题

如图1所示, 该零件材料为2017 - T4, 属于回转薄壁类, 此辊类零件的加工难度是控制材料变形等因素, 保证零件的加工尺寸精度及形位公差［3］。从图1可以看出, 该零件不但薄壁而且较长, 并且是铝制零件, 按通用加工方法, 容易产生长度方向的弯曲, 外圆呈三角形等现象, 以至于有时未加工至精加工已经报废, 难于切削加工至图样要求。

2) 加工变形的原因

铝合金零件加工变形的原因很多, 与材质、零件形状、 生产条件等都有关系。主要有以下几个方面: 毛坯内应力引起的变形, 切削力、切削热引起的变形, 夹紧力引起的变形。

影响辊类零件变形主要有以下几方面:

1) 该零件毛坯余量较大, 在主切削力的挤压作用下及牵引导致零件产生变形［4］。

2) 零件长度较长、壁薄、刚性差, 切削过程中产生振动和弯曲变形。

3) 从零件结构图中看出壳类壁薄1 mm, 每一次切削由于应力释放, 造成零件变形。

4) 零件定位压紧面小, 装夹时在径向力作用下, 使零件产生圆周方向的变形。

5) 硬铝材料中铝元素易与于空气中的氧起化学作用, 使零件表面被腐蚀产生细针状气孔, 使工件变形。

2解决方案

通过以上分析, 造成辊类零件加工变形的主要因素是材料内应力、切削振动、切削力、加工应力及夹紧力, 因此通过以下方法有效地减小变形。

2. 1减少加工变形的加工工艺

1) 热处理, 时效处理, 解决原材料的残余应力;

2) 粗加工: 车削方式粗加工, 内外圆车留2 mm余量、 端面1 mm余量;

3) 热处理: T4处理, 解决粗加工产生应力;

4) 半精加工: 车削方式精加工, 内外圆车留2 mm余量;

5) 热处理:时效处理, 解决精加工产生应力;

6) 精加工:分三步车削方式精细加工:

第一步, 两顶尖针车削外圆至尺寸公差及粗糙度要求;

第二步, 校外圆, 精车准内孔及孔内槽;

第三步, 采用专用芯轴以内孔定位精车59外圆及总长两端面, 棱边倒钝, 保证形位公差要求。

2. 2减少加工变形的工艺措施分析

a) 降低毛坯的内应力

采用自然或人工时效以及振动处理, 可部分消除毛坯的内应力。预先粗加工是行之有效的工艺方法。对由于余量大的毛坯, 故加工后变形也大［5］。若预先加工掉毛坯的多余部分, 缩小各部分的余量, 当粗车结束后, 为改善后工序精加工的切削性能, 减少变形。

b) 合理的选择切削参数控制变形

1) 粗加工时进给量为0. 5 mm / r ~ 0. 3 mm / r; 切削深度0. 5 mm ~ 1 mm; 切削速度100 m / min。主要是去除壳类零件大的余量, 加快零件的散热性, 加速切削应力的释放。

2) 精加工时进给量为: 0. 05 mm / r ~ 0. 07 mm / r, 切削深度0. 05 mm ~ 0. 075 mm, 切削速度65 m/min。主要是辊类零件加工时避开了与机床的共振, 避免了切削时振动引起的变形。

3) 高速度、小进给量, 提高工件的表面加工品质, 同时减小径向切削力, 减小应力变形。

c) 合理的选择加工刀具控制变形

刀钝会使零件主切削抗力加大, 零件轴向压力加大, 造成零件变形。刀具切削刃太锋利, 虽说有利于切削, 但易加速刀具磨损, 将零件拉向切削力的反方向, 同样使零件变形, 选择YG6A刀头加工, 由于该零件内孔较长经刀具选用R形断屑槽, 主要考虑出屑的需要［6］。

精加工外圆车刀尺寸与精加工内孔车刀尺寸如图2所示。精车刀刀尖圆弧半径选择R0. 8 mm ~ 1 mm, 避免振动, 散热快。为了达到内孔与粗精加工的粗糙度要求, 使用图示内孔与外圆刀具, 在精加工时进给量为0. 05 mm / r ~ 0. 07 mm / r。

刃倾角 λs, 粗加工取小值, 精加工取大值, 用来弥补法向前角大而引起刀刃强度差的缺陷。刀具切削刃要求磨的锋利, 刀面表面粗糙度值要小, 提高零件表面加工品质。加工时将刀具通过刀架使切削刃沿轴向装夹, 通过薄壁辊类零件的加工此径向切削力最小, 工件不易变形。

d) 增加半精加工工步控制变形

车准零件各D57内孔包括45°斜面, 随着零件加工余量的逐渐去除, 零件加工应力逐渐释放, 为了保证零件加工尺寸精度及形位公差要求, 给D59外圆增加半精加工工步, 以便得到较好的基准, 增加一道半精加工工步车D47内孔, 加工余量控制在0. 5 mm ~ 1 mm左右, 给精加工留余量0. 5 mm ~ 1 mm, 主要是将辊类零件在粗加工基础上, 进行一次半精加工使加工应力进一步得到释放, 为后续精加工打下基础。

e) 保证形位等差

在精加工内孔前先安排一道外圆基准精加工, 消除工件定位的椭圆度, 保证定位尺寸的一致性及精度, 使辊类零件与夹具定位间隙最小, 达到保证形位公差要求的目的。精加工前, 先修整两端孔口倒角60°。采用两顶尖, 车外圆车至D61 ± 0. 025, 要求消除工件外圆定位的椭圆度, 切削深度0. 1 mm ~ 0. 5 mm; 切削速度130 m/min。

f) 多次热处理工序消除加工应力

在辊类零件粗加工后安排一次淬火工序, 提高零件的强度, 改善切削性能; 半精加工后, 再进行一次工序间的热处理时效工序, 进一步消除工件加工中的残余应力; 通过多次的热处理工序, 将使辊类零件加工应力得到完全释放, 从而达到了消除加工应力稳定零件加工尺寸的目的。

g) 采用专用工装夹紧方式控制变形

从壳类零件图看出, 零件内孔和外圆都有尺寸和形位公差要求, 因此该尺寸的加工必须要采用较小的径向夹紧力, 才能保证零件的形位公差要求。在精加工工步中采用专用软夹头见图3。

夹具设计要考虑既要保证零件不夹变形, 又要保证零件加工的尺寸精度及形位公差要求。夹具设计时以D61 ± 0. 025外圆定位, 另一端采用中心架形式, 零件以D61 ± 0. 025为校准基准, 由于专用夹具的装夹接触面积较大, 所以单位面积上受到的压强较小, 车削时能保证零件D47内孔的尺寸精度及形位公差要求。

在精加工中采用专用芯轴 ( 图4) 以两D47内孔定位, 通过锥度外圆涨紧D47内孔, 减少其他夹紧力, 加工外圆, 这种装夹方式受力最小, 加工后外圆跳动较小。

h) 车削时采用控制震动的方法控制变形

首先该零件内孔较长车加工选择刚性好的刀杆是必须的, 内孔车刀刀杆直径选择在D25 ~ D30刚性较好, 减少车加工时产生震动。半精加工与精加工中类现。

在半精车外圆和精车外圆时在内孔中须填加报纸或餐巾纸, 报纸或餐巾纸可以吸收一定的震动, 减少车削外圆震动引起的“擎”的现象, 使外圆的粗糙度降低。半精加工与精加工中使用该方法。

i) 避免腐蚀

为了保证壳类零件在加工过程中被腐蚀, 工件在加工过程中, 不采用水基切削液, 为了减小摩擦, 采用煤油或积架JAEGER195无氯切削液, 在硬铝材料表面生成一层保护氧化膜, 阻止超硬铝材料与空气中的气类发生化学反应被腐蚀。

3结论

通过分析研究辊类零件制造所运用的加工技术发现, FOCKE FC800硬盒硬条包装机组上辊类零件等一系列零件, 制造工艺和制造品质也在不断提高, 随着国内自主开发烟草包装机速度己跨入到高速和超高速的情况下, 显而易见通过学习、探索先进的加工技术, 实现自主创新, 将直接影响未来一个时期, 国产烟机是否能够在技术装备中起到主导作用。

参考文献

[1]覃忠灵, 陶良华.ZB25软盒包装机铝箔纸钢印装置改进[J].包装与食品机械2012 (05) .

[2]郭建娟.YB45型硬盒包装机铝箔纸下纸装置的改进[J].烟草科技.2006 (12) .

[3]王爱玲.现代数控编程技术及其应用[M].北京:国防工业出版社, 2004.

[4]吴其叶.食品机械金属零件热变形机理及其预防[J].包装与食品机械2006 (02) .

[5]王凯, 樊继航, 邓晶亮.铝合金复杂薄壁件加工工艺优化[J].机械制造与自动化, 2013 (03) .

普通机床加工曲面零件工艺研究 第8篇

轴流转桨式水轮机的转轮由转动叶片和转轮体两部分构成, 一般情况下转动叶片的数量在4~6片之间, 叶片形状多为扇形, 而外缘型线为曲面。根据规定的尺寸和形状对叶片外圆进行加工, 保证加工过的叶片能满足转轮体的曲面及间隙要求。由于加工的零件部位为叶片的外圆, 而叶片外缘呈球形或者半球形等有弧度的曲面, 因此加工刀具行走的轨迹需贴合叶片外圆。

首先我们从传统加工弧形线的方法着手, 普通机床加工弧形线零件都是依靠靠模完成的, 具体示意图如图1所示, 它是由两个刀架、弧形靠模、弹簧刀杆完成加工的, 弹簧刀杆带动刀具沿靠模运动, 而刀具的运动轨迹就是加工零件的弧形轨迹, 用这样一种原理完成普通机床对曲面零件的加工。如图1为加工弧形线的传统方法:

2 设备要求

由于普通机床加工的零件造型都较为简单, 因此加工曲面零件必需具备的工具有:刀架2个、靠模、弹簧刀杆和大的加工尺寸范围。加工尺寸范围的计算方法是2倍的弹簧刀杆、加工转轮直径和靠模长度尺寸三者之和就是设备的加工尺寸范围。当弹簧刀杆长0.6m、加工转轮直径为2.5m、靠模尺寸长度为0.3m时, 加工的立车尺寸应在5m左右。大部分转桨水轮机的转轮直径都在3m左右, 所以常用的立车尺寸也在5m之上。5m大的立车对生产上来说, 生产安排和设备方面都有些困难, 大尺寸的立车和靠模装置都需要大成本的投入, 因此我们需对立车尺寸进行缩小, 尽量省去靠模装置, 将立车尺寸缩小至3.4m, 同时还要保证水轮机转轮叶片的外圆加工。

水轮机转轮叶片的转轮直径在2.5m, 要利用3.4m的立车完成加工, 靠模装置的尺寸是根本不符合的, 在不使用靠模装置的前提下利用普通机床完成曲面加工得从刀具方面入手, 在刨床加工刀具中, 有一种用来加工弧形部件的样板刀, 而加工出来的精度基本符合加工要求, 然而样板刀有一个缺点, 它在加工过程中与工件会有大面积的接触, 因此不仅是工件, 刀具也需要承受较大的切削力, 立车和刨床首先在结构组成上就不同, 自然切削方式上也不一样, 切削方式就决定了切削的受力方向, 因此, 不同的加工方式对刀具的要求也不相同, 因此在立车上使用的样板刀需特别制作, 而找正、装夹和对刀等环节和刨床也不相同, 为了防止加工过程中出现工件挤动和刀具松动等现象, 装夹和对到过程都需要特别注意, 以免影响加工进度。如加工过程使用了靠模装置, 加工位置应选在叶片全关闭处, 当转轮直径在2~3m左右时, 一般走刀的实际长度在70~100mm左右, 这样可以为样板刀创造更多的有利条件, 如图2所示为样板刀的加工图示:

立车使用的样板刀与刨床基本相近, 当加工的叶片外圆弧线较长时, 将样板刀做成两块进行加工, 反之一块就可完成曲面加工。

3 操作注意事项

(1) 用样板刀加工叶片弧面前需标注出叶片旋转的垂直线和中心线, 以保证加工的精确度。首先将道具的位置固定下来, 固定位置必须满足牢固、稳定和准确等要求。而刀具的中心线与转轮叶片的旋转中心需重合。

(2) 在加工过程中样板刀与工件接触面积过大会造成工件松动和刀具磨损等现象, 需对切削方式进行改进, 以减小精加工过程中切削力和进刀量。而粗加工过程中的走刀轨迹是由球形轨迹长度和转轮叶片外圆直径决定的, 通过计算可以获得。

(3) 在精加工过程中, 由于立车和刨床的走刀方式不一样, 所以不能使用自动走刀, 为了准确的控制进刀量只能利用手动进刀的方式来控制。进刀过程中需要密切观察刀具的变化情况, 尤其是刀具与工件的接触面积, 当面积过大、刀台抖动剧烈、发出怪声等现象时, 应立即停止加工。

(4) 检查加工精度的方法是将样板装在刀架上, 让工件处于旋转状态, 用塞尺衡量工件与样板间的差距。

4 总结

样板刀在立车中的应用既缓解了设备能力不足又将现有机床发挥到了极致, 同时还减少了工装模具的成本, 挖掘了立车加工弧形曲面的潜能。

摘要：普通的机床通常是用来加工式样较为简单的零件, 当使用它来加工一些精密度较高的曲面零件时, 需具备一定的条件, 如何在现有普通机床的条件下加工弧形曲面工件是生厂商特别关注的问题, 本文将刨床中的样板刀经改造后制成特制样板刀, 以轴流转桨式水轮机的转轮加工为例, 探析曲面零件用普通机床加工中的工艺, 以提高加工零件的精度和加工效率。

关键词：普通机床,曲面加工,工艺研究

参考文献

[1]张基仁.车削薄壁套外圆的简易工装[J].现代制造工程, 1995 (5) .[1]张基仁.车削薄壁套外圆的简易工装[J].现代制造工程, 1995 (5) .

典型零件数控加工工艺研究 第9篇

1 典型零件数控加工的特点

就目前中国的机械制造产业来说, 数控机床被广泛应用于机械产品的制造和生产以及各种典型零件的数控加工等领域。典型零件的数控加工具有工艺精度高、柔性程度高和生产效率高的“三高”优势。

数控加工的工艺精度高指的是等待加工的成型零件可以在数控机床上一次定位, 有效减少了因重复定位而产生的必然性误差。而且在数控加工的过程中还可以同时完成多道工序的加工工艺, 节省了大量的加工时间。

数控加工的柔性程度高指的是针对成型的典型零件在形状上产生的变化, 数控机床只需要依据零件的结构特征而适当地改变加工程序就能顺利解决这一外形问题, 不用再另外制造专业的刀具和夹具来适应加工零件的形状变化。

数控加工的生产效率高则是指典型零件数控加工的工序比较集中, 数控机床的刚性数值也较高, 在缩短了加工时间的同时也保证了产品的质量, 从而提高了典型零件数控加工的生产效率。

2 典型零件数控加工的步骤与工艺

2.1 确定零件图和加工内容

使用数控机床加工某一种成型的零件并不代表要在数控机床上完成该零件的所有加工内容。数控加工既可以是对典型零件整体的加工, 也可以只是对典型零件的某一道工序进行加工。所以, 数控加工的工艺人员在开始数控加工的工作之前一定要先对零件的图样进行细致的工艺分析。确定下需要加工的部分和内容之后, 再根据零件图样和加工工艺的需要来选择和裁定必要的工艺装备。如果零件的加工内容需要经过长时间的调试, 工艺人员可以从数控加工的可行性与便利性这两个方面来分析和审查典型零件数控加工的工艺设计问题。数控加工过程中的每一道工序和每一个细节都应该引起现场工艺人员的高度重视, 尽量在不影响零件使用性能的条件下满足数控加工工艺的各项需求。

2.2 设计路线和划分工序

典型零件数控加工路线的合理设计和加工工序的科学划分直接决定了典型零件数控加工的加工精度、使用效率和经济效益等一系列的质量问题。尤其是零件数控加工路线的设计工作, 工艺人员不仅要充分考虑到常规的工艺要求, 还要结合零件自身的具体情况开率到另外四个因素:一是在加工过程中尽量让粗加工在普通机床上进行和完成, 以便提高数控机床的利用率。二是在一次装夹的时候尽量一次性完成所有可能需要加工部位的加工, 以便减少刀具的重复性更换。三是工步安排应该本着由粗到精的基本原则而采用顺铣的方式来进行精铣, 以便降低表面的粗糙度。四是在加工二维轮廓的时候尽量选用圆弧切入切除的方式来避免直线进退刀的应用方式。

2.3 选用加工工艺的装备

这里所说的工艺装备具体指的是夹具和量具这两种设备工具。工艺人员在选用夹具的时候要根据零件的形状、大小、尺寸和数量而尽量选择装夹快速、安装方便和定位准确的夹具。而选用量具的时候则要依据成型零件数控加工的精度要求来进行选择。通常情况下, 通用型的量具就可以满足典型零件数控加工过程中的所有测量要求。

2.4 选择刀具并确定切削用量

典型零件数控加工过程中刀具的选择以及切削用量的选定对数控机床的加工质量和加工效率有着直接的影响和作用。因此, 数控机床对刀具的要求比普通机床的要求要严格得多, 不仅要求各种类型的刀具要具有超高的精度和耐用度, 还要尽量使得零件的安装和调整便利化、简单化。

所以, 典型零件在数控机床上的数控加工, 对刀具的选择要遵循四个基本原则。首先, 数控机床上的刀具应该选用硬质的合金刀具, 并且通过对刀具几何参数的比较分析来有效提高刀具的切削性能。其次, 刀具的长度在满足实用要求的情况下不宜太长, 刚好满足使用需求的长度为最佳。再次, 刀具的选用还要参考刀具自身质量的可靠性和耐用性, 尽量减少因为刀具的磨损和损害而更换刀具的次数。最后, 刀具本身是具有一定体积和重量的, 选择刀具的时候还要考虑到安装在刀库上的刀具在体积和重量上给平衡性带来的问题和解决方法。

而在切削用量上的选择和设定就要结合机床的刚性、刀具的耐用性和零件材质的硬度等因素。一般情况下, 在典型零件数控加工过程中实施粗加工的时候就采用较大的切削深度和较快的进给速度, 实施细加工的时候则采用较小的切削深度和较慢的进给速度, 以此来保证典型零件的尺寸精度和表面的粗糙程度。

2.5 实例分析

如图1 所示是数控铣工中级工证书考试过程中的一个零件图样, 该成型零件在长、宽、高上的毛坯尺寸分别是110mm、90mm和35mm, 零件材质是45# 钢。该零件的四个侧面和底面都已经完成了数控加工, 要求在规定时间内完成其他剩余部位的数控加工工作。

按照前文中罗列的工艺步骤来进行数控加工。第一步是零件图样的分析研究。作为一个外形是六面体, 整体结构并不复杂的成型零件, 该零件主要是由多个不同深度的平面组成的一个外方内圆的型腔。对该零件的数控加工应该把保证各公差要求作为加工工艺的重点和难点。由于四侧和底部的加工已经完成, 可以直接忽略掉路线的设计和工序的划分这一步, 直接进入到选择刀具和设备的这一步来, 根据零件基本图样中的结构来看, 加工该零件所需的刀具较多也较复杂, 不同类型不同尺寸的刀具都有。针对这种情况, 工艺人员最好将所需刀具按照规格名称而列出一张表来, 以便在加工过程中作为取用刀具的参考。考虑到该零件单件生产和使用刀具较为复杂这两方面的情况, 该零件的加工设备最终选定为VM850 的立式数控加工机床。最后, 铣削的切削用量取决于刀具的耐用度和零件材质的硬度, 使用切削用量手册里的经验公式就可以就计算出具体的切削用量了。

3 结论

虽然和传统的零件加工工艺相比, 数控加工工艺具有工艺精度高、柔性程度高和生产效率高的特点, 但在实际的零件加工过程中, 更要充分考虑多方面的因素, 确保每一道工序中的工艺技术都达到了相关的标准和要求。只有这样, 才能真正发挥出数控加工工艺在典型零件加工中的卓越优势。

摘要：机械制造行业中的数控加工工艺在典型零件的后期加工中日渐普及。为了对典型零件数控加工的工艺进行全面而深入的分析与研究, 本文以典型零件为研究对象, 简要地阐述了典型零件数控加工的优势特点, 详细地分析了对典型零件进行数控加工的具体步骤和工艺技术, 以期为典型零件的工艺人员提供数控加工方面的参考和帮助。

关键词：典型零件,数控加工,工艺

参考文献

[1]钟俊文, 俞涛.基于数控车床典型零件的工艺分析和夹具设计[J].现代制造技术与装备, 2010 (6) :8-9.

[2]丁文政, 汪木兰, 等.复杂零件数控加工工艺教学项目设计与实施[J].中国现代教育装备, 2013 (21) :9-11.

铸造铝合金熔炼工艺研究 第10篇

摘 要：随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。本文对铸造铝合金熔炼工艺进行分析研究，预期到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而提高铸件强度。

关键词：变质处理；变质剂及用量；铝合金强度

0 引言

随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。

对于铸铝产品，从原材料熔炼及变质处理进行分析研究，预期想到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而达到提高铸件强度的目的。

1 变质处理的含义

在Al-Si合金中，通过加入适量的变质剂，使铝液金相组织发生改变，形成细小的共晶体。增强合金的机械性能及伸长率。

2 变质处理必要性

Al-Si合金中的共晶Si，特别是粗大的多角形板状初晶Si，严重地割裂了Al基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，使机械性能特别是伸长率显著降低，切削加工性能也不好。因此，当含Si量高于6%～8%，必须进行变质处理。

3 變质剂分类

近年来，国内外都在探求Al-Si合金新的变质剂和变质方法，据报道，下列元素对共晶体（ā+Si）均可起到不同程度的变质作用，如Na（纳）、Sr（锶）、Y（钇）、Bi（铋）、Sb（锑）、S（硫）等。

4 变质剂的选用

4.1 钠盐变质法：钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。

4.2 铝锶中间合金变质法：这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04%-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80%-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金。

通过对多种变质剂分析，最后确定选用最适合公司生产使用的Sr（锶）作为变质剂。

5 Sr变质的加入量与熔炼方式

通过不断的实验检测分析，在共晶体和共晶成分的Al-Si合金中加入0.02%～0.06%Sr时，合金能有效地变质，且锶的变质有效时间为6～7小时。但重熔时，不易用氯盐进行精炼，且熔炼超过6～7小时后，必须另加Sr进行重新变质。

Sr含量对合金性能的影响：下图为ZL102合金的实际含Sr量和机械性能的关系，由图可见，含Sr量0.02%～0.06%时，抗拉强度和塑性达到最大值，随后性能下降。因为Sr含量超过0.06%后，出现新的脆化相，使合金性能变坏。

锶变质的熔炼过程：在铝料经过熔炼、精炼、除气、扒渣后，锶以Al-Sr合金加入铝液中，进行搅拌熔炼。待5～10分钟后，即可进行炉前检验，判断变质效果。

6 实验结果

下表为未经Sr变质和经过Sr变质的产品拉力实验结果；

[产品

名称

悬垂线夹主体

悬垂线夹主体

悬垂铝套壳][产品

型号

CGF-10044

CGF-10040TG

TK-05][材料

ZL102

ZL102

ZL102][未加Sr的

抗拉强度

102kN

105kN

101kN

100.8kN

80kN

79.1kN][加入Sr的

抗拉强度

160kN

155kN

148kN

140kN

95kN

98kN]

结果分析：通过实验，我们证实经过Sr变质的产品，抗拉强度和伸长率都远远大于未经Sr变质的产品。所以，Sr变质起到细化晶粒，使铸件内部组织细化，提高铸件强度的作用。

参考文献：

[1]铸造有色合金及其熔炼[M].河北工学院科技情报研究室，1985.5.

[2]铸造有色合金手册[M].机械工业出版社，1978.4.

[3]铸造手册[M].机械工业出版社，1993.2.

作者简介：

薄壁类零件机械加工工艺研究 第11篇

当今我国发电行业迅猛发展, 日新月异, 各种各样的新型机组层出不穷。燃机、联合循环、空冷、超临界、超超临界的机型已经广泛应用。薄壁类零件以其结构简单、造价低等特点受到广大设计者的喜爱, 现已经广泛地应用到汽轮机中。因此, 对薄壁类零件的机械加工工艺进行研究尤为重要。

1 薄壁类零件加工中问题分析

薄壁类零件与其它类零件在机械制造中主要区别是, 薄壁零件加工时易产生变形。变形将导致零件的尺寸公差、形位公差超出设计值范围, 严重时可能导致零件报废。产生零件变形的主要原因有:

1) 焊接变形。薄壁类零件大多为钢板焊接件, 在装焊过程中, 因焊接应力没有完全消除, 在后续工序中残留应力释放, 导致零件变形。

2) 装夹变形。薄壁类零件从毛坯变成产品, 需要多道工序的加工, 每一次的加工都涉及到零件的装夹, 不合理的装夹方式也是零件产生变形的主要因素。

3) 加工变形。在加工过程中, 刀具会对零件产生加工应力, 局部应力集中, 将影响工件力学性能。内应力释放后, 导致工件变形, 产生尺寸偏差。

4) 其它变形。在汽轮机制造行业中, 大部分的薄壁类零件会作为汽缸类或密封类零件使用, 因此, 此类零件在出厂前还要进行密封性的压力试验检查, 压力试验也是使零件产生变形的主要原因之一。

2 工艺方案的研究

薄壁类零件在汽轮机行业制造中多用于压力及温度较低的地方, 多用于低压部分。图1是某机组的低压汽缸, 它的组成结构主要包括铸造内壳和外部焊接钢板, 其中铸造内壳壁厚最薄处是20 mm, 焊接钢板厚度是15mm, 产品在精加工后, 还要进行0.8 MPa的水压试验, 它是典型的薄壁汽缸类型零件。

首先分析图中零件的重要关键位置是:内、外壳体间安装导叶片凹槽的尺寸公差和平行度要求;大小法兰端面的尺寸公差和位置度要求。这些部位不但加工精度要求高, 而且还易产生变形, 采用常规的汽缸加工方法肯定是不合适的。经过讨论研究, 制定的加工工艺是:

1) 汽缸装焊、焊后进行热处理, 消除焊接产生的应力。

2) 划尺寸线, 均匀各档余量, 铣准汽缸上下半水平中分面尺寸, 钻水平中分面的光孔。

3) 合并汽缸上、下半, 预钻、铰水平中分面的销孔, 留2 mm余量, 预钻铰销孔主要是为了弥补汽缸变形造成的汽缸错牙。

4) 粗车。粗车所有的开档和内孔, 单面留1 mm余量, 粗车时要严格参照工艺给定的切削参数进行加工, 这里根据汽缸的材料和选用机床的性能, 制定了切削参数:切削深度不小于2 mm, 机床花盘转速为2~4 r/min, 进给量0.10 mm/r。

5) 拆开上、下半汽缸, 进行时效。拆汽缸和时效的目的主要是消除零件在各工序中的加工应力和装夹应力。

6) 合并汽缸上、下半, 将水平中分面销孔扩、铰到图纸尺寸。

7) 精车。精车准所有的开档和内孔尺寸, 导叶片凹槽不要加工, 精车时要严格参照工艺给定的切削参数进行加工, 参数与粗车相同。导叶片凹槽不加工, 主要是因为导叶片与导叶片凹槽装配尺寸非常小, 总间隙仅仅在0.02 mm以内, 汽缸水压试验的试验压力是工作压力的3倍左右, 有微小的变形就会造成导叶片安装不上。

8) 汽缸水压试验, 注意保持最大压力稳定性, 不要超压产生变形。

9) 车准导叶片凹槽, 切削参数与粗车相同。

10) 清理、转装配。

以上的加工工艺与常规的汽缸加工工艺的区别是:a.工序中间增加了汽缸时效处理, 有效地消除了工件在加工过程中产生的应力;b.将工件的一次性精车分解成了3次, 在粗车加工留有余量, 有效地弥补了变形产生的尺寸变量;c.导叶片凹槽是整个工件中最重要的部分, 将它移到泵水后进行加工, 避免了变形产生的尺寸偏差, 对后续的装配起到了保证作用。

3 结语