镍基合金特型零件加工研究-机械论文发表

镍基合金特型零件加工研究

吴威

摘要：零件的材料为镍基合金，它具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，硬度高，机械性能好，而导热系数低，切削性能差，对刀具的耐磨性有较高的要求,因而给机械加工带来了很大的困难。本文阐述了防护罩的工艺流程，并对工艺流程进行分析，加工方法进行改进，程序进行重新编制，解决了零件变形的根源问题。

关键词：防护罩、镍基合金、工艺流程、加工方法、程序改进

1. 工艺分析

1.1零件的材料

零件的材料为镍基合金，在加工中切削性能主要表现在：

⑴切削变形大

⑵加工硬化倾向大 在高的切削温度和大的应力作用下,都将导致材料表面强化、硬度提高。

⑶切削力大 切削镍基合金时比切削中碳钢大一倍以上。

⑷切削温度高 由于材料强度高、塑性变形大、切削力大、消耗功率多、产生的热量多，而它们的导热系数较小，故切削温度是45钢的1.5倍以上。

⑸刀具易磨损 切削加工时产生的严重加工硬化及镍基合金中的各种硬质化合物都易造成刀具的磨损。

⑹表面质量和精度不易保证 由于切削温度高，材料本身的热性很差，工件极易产生热变形，精度不易保证。

1.2零件的结构：

如图1所示，防护罩结构特殊，两端壁厚较厚，为13.3mm，中间壁厚很薄，仅为1.143mm，最大直径为D=260.477mm，零件总长为159.639mm，致使零件两端重量大，中间重量轻。零件小端有两处端槽3.137±0.038mm，槽深且尺寸要求高，行程空间窄，加工尺寸难保证，数车工序刀具加工时相互干涉，加工过程中需要装卸刀具，存在质量隐患，导致零件加工周期长，易出问题。需在内孔的肋板上，均匀加工9个轴向9×6.78±0.02槽，位置度要求0.05，零件槽根部R为0.5，无法用常规的方法（电火花）加工。

 

图1 零件图

2.零件加工工艺流程

领料→车工（粗车外圆）→车工（粗车小端轮廓）→车工（粗车大端轮廓）→消除应力→车工（半精车大端轮廓）→数车（精车小端轮廓）→数车（精车大端轮廓）→数铣（铣花边和端面钻孔）→数铣（铣内孔肋板槽）→数铣（铣外圆）→电火花（加工19处斜孔）→电火花（加工内孔端槽处3个孔）→检验→等离子喷涂→磨工（磨削喷涂区域）→数车（去除喷涂区域外的喷涂粉）→检验。在加工过程中还安排了一些补充工序如钳工去除毛刺、零件的标印、荧光检验、清洗去除多余物等。

3.加工难点分析

1）数车加工中刀具多，易产生干涉，零件壁薄，重量大，在加工过程易变形。

2）电火花夹具制造无法达到设计精度要求，零件内孔肋板槽无法用常规方法电火花加工。

4. 针对加工难点进行改进

4.1 刀具的选择

根据镍基合金的工艺特点，采用高硬度，高耐磨性的刀具。加工时应尽量选用机夹刀，机夹刀具有精度高、互换性好，效率高，成本低，刚性好等特点，适当的刀具几何参数是确保零件质量的重要环节。在刀具材料的选择上必须具备足够高的强度和韧性，以便在全部的车削过程中，在保证尺寸精度的前提下获得良好的表面质量。

4.2刀具的冷却

切削镍基合金要产生大量切削热，引起刀具磨损和零件变形，为了减少切削热降低刀具温度，冷却要充分，选择乳化液。

4.3刀具参数的选择

由于镍基合金硬度高，导热系数低，切削性能差，所以不能选择较高的转速，较大的切深和进给率，根据经验结合现场实际的加工情况，调整刀具走刀路径，改进切削参数，通用刀片的切削参数为：转速S=40r/min，切深ap=0.2mm，进给率F=0.1mm/r。

4.4内孔肋板槽加工方法选择

1）采用三轴电火花机床，制作“L”形电极进行加工。由于夹具制造精度无法达到设计要求，且零件找正困难，靠操作者依经验进行调整，找正一件时间为2小时，加工时间为8小时，试件加工了八次，最佳状态位置度仅达到0.08，无法满足图纸0.05的要求。

2)选用三轴数铣为加工设备，为使铣刀加工方向与主轴成“L”形，便于铣刀底刃加工零件槽体，以满足零件图纸要求，特别引进角度转换器进行加工。由于零件有角向要求，找正困难，不能旋转坐标，且在加工过程中需要人为的调整分度盘，虽然基本能满足零件技术要求，但还存在一定的质量隐患。仅找正一件零件需要2小时，加工时间为6小时，零件合格率仅为75%。

3)选用五轴加工中心加工，利用设备自带的加工平台转换功能，进行角度转换，这样就减少了人为带来的质量隐患，分度的功能完全由程序控制，找正零件简单，角向可以通过旋转坐标来实现，经试用加工时间大大缩短，找正和加工时间为4小时，同时产品质量也得到很好的保证。最终选用五轴加工中心进行加工。

5. 改进效果

通过以上程序及加工方法的改进，零件无变形现象，且满足图纸要求，数车加工时间平均一件零件缩短3小时，内孔肋板槽的加工方法由电火花改为数铣，效率是原来的1.5倍，合格率达到100%。目前内孔肋板槽的加工方案，作为首次试制成功的案例，正尝试移植到公司生产中，对于公司的长期战略及技术储备起到了很好的推动作用。