薄壁压气机罩轮廓面车削加工工艺研究.docx

薄壁压气机罩轮廓面车削加工工艺研究【Summary】某型航空发动机压气机部件，属于大直径薄壁件，结构刚性差，材料为变形高温合金，零件表面有断续孔和硬质涂层。在切削加工过程中，由于零件受切削力作用易产生应力变形，导致零件尺寸加工前后产生变化，尺寸精度无法保证，一次加工合格率低，表面质量差，以上技术难点严重耽误生产进度，影响产品的交付。本文主要针对该零件轮廓面处尺寸变形控制的技术难点进行工艺分析，创新车削工艺方法、夹具设计优化方法，从而提升产品合格率，改善产品表面质量，为顾客提供高质高效的产品。【Keys】镍基高温合金Inconel625、应力变形、面轮廓度、过程失效模式分析FMEA、工艺成熟度评价PRI、力矩1.概述压气机罩是航空发动机的重要组成部分，本文所述压气机罩是某机型压气机单元的重要零部件之一。零件材料为镍基高温合金Inconel625，该材料是以钼铌为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金，具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀。零件壁厚0.5～3.5mm,壁厚分布不均匀，大部分壁厚在1.5mm以内；零件总高110mm,最大直径Φ451mm,直径尺寸较大，轴向尺寸较小，即径长比大；零件形状结构呈不规则状，安装边根部处有圆弧槽，轮廓端面处有一组间断孔和硬质涂层流道面，零件小端呈喇叭状。综上所述，零件结构刚性差，导致零件工艺系统刚性较差，机械加工切削性较差。2.存在的主要问题零件为大直径薄壁件，结构刚性差，材料切削加工性差，零件存在应力变形和装夹变形，轮廓面处尺寸自由状态与约束状态下测量结果不一致，轮廓面处的面轮廓度尺寸和基准处的外径、平行度、平面度尺寸无法加工合格；零件轮廓表面和安装孔处有振纹，表面粗糙度不符合图纸要求；零件表面有2处断续孔，刀具构成断续切削，加工过程存在振刀、让刀现象，易磨损、易发生崩刃，刀具切深仅为0.3-0.5mm，尺寸返修率高，生产加工效率低。图1精密尺寸加工示意图3.原因分析及研究方案的制定3.1过程失效模式分析PFMEA：ProcessFailureModeandEffectsAnalysis简称PFMEA，主要用于关重要素尺寸在制造过程前，引入工艺过程失效模式分析，以达到预防控制风险的目的。本项目研究主要使用该工具，先评估产品制造过程和工艺规程存在的潜在风险项，然后评价潜在风险项对顾客交付和产品质量的影响，并找出潜在风险项的过程控制变量，再编制风险重要程度表，优先控制严重的潜在风险项，最后跟踪并更新预防和纠正措施的实施。通过分析，导致零件轮廓面精密尺寸超差率高的风险项主要是以下三方面：①工件工艺系统刚性差，刀具加工至断续孔区域时频繁出现振刀、让刀、崩刃现象；②刀具加工硬质涂层时产生过大的切削力；③原车削工艺方法无法控制和减小零件切削变形。3.2工艺成熟度评价PRI：工艺过程稳固性研究ProcessRobustnessIndex简称工艺成熟度评价PRI，是一种分析工艺准备情况的工具，主要用于评价供应商产品工艺过程的稳定性、工艺的完善性，并对每个过程进行量化，找出工艺准备过程的问题并制定纠正措施，进行跟踪归零，最终使工艺过程满足制造过程的零缺陷。本项目研究主要从工艺控制方法、工具准备、量具准备、设备TPM、关重要素控制、供应商控制、产能分析、外来物损伤方面对该零件工艺文件及过程实现条件的完备程度开展量化评价，促进生产及工艺过程持续改进，从而实现提升工艺过程的稳定性及持续制造交付的批产能力。通过量化评价，该产品工艺成熟度总分值75分，未达到小批生产工艺完备度分值大于80分的要求，主要影响因素为工艺规程不完善、夹具设计不合理、关重要素尺寸控制工艺方法欠合理。3.3研究方案的制定：结合工艺过程失效模式分析和工艺成熟度评价的数据，运用因果关系鱼刺图从人、机、料、法、环、测查找问题根源，经分析得出，该零件尺寸合格率的根本原因为零件结构刚性不足、工艺加工方法不合理、夹具刚性不足、切削变形引起尺寸前后变化。需要从以下两个方面进行研究：①数控车削加工工艺方法研究：调整工艺路线，尺寸工序集中；将定位、测量、编程基准统一；选择刚性较强、精度较高的基准面作为定位基准。②夹具设计优化研究：研究夹具设计方法，申请制造专用夹具，组织夹具试加工验证。4.研究方案的实施4.1数控车削加工工艺方法研究4.1.1尺寸工序集中。由于零件工艺系统刚性差，加工过程中易产生应力变形和装夹变形，会导致尺寸加工前后产生变化，不易采取粗车轮廓面+精磨安装边基准面+精车轮廓面+精磨基准面的传统加工方式。为了有效控制和减小工序累积误差，将高精度尺寸集中在一道工序通过一次装夹来完成加工，故采用粗车轮廓面+精加工基准面及轮廓的加工方式，将基准端面、基准外圆、安装边外圆、端面、圆弧槽、轮