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某型发动机压气机盘榫槽拉削工艺改进

范文

查梦江　王岩

摘要本文对某型发动机压气机盘的榫槽加工进行拉削工艺研究，分析该压气机盘榫槽的材料、加工难点、结构及技术要求，并提出拉削工艺改进方法，最终满足了榫槽加工表面的粗糙度要求，提高了加工效率，同时延长了拉刀寿命。

关键词压气机盘榫槽工艺改进

中图分类号：P619 文献标识码：A

1该压气机盘的材料及加工特点

某型发动机的压气机盘的材料大多数是1Cr10NiMoVNb、1Cr2Ni3MoVN等，属于马氏体耐热不锈钢。这类材料具有耐蚀性高、塑性、韧性大及高温强度较好的特点。这些特点决定了其切削加工性差，主要体现在以下几个方面：

1.1切削力大

主要是材料在高温下仍有较高的物理力学性能，热强度较高，对刀具的强度、使用寿命有一定的要求。

1.2切削温度高

这类材料的导热系数为45 钢的1/3 ，因此产生的热量多，又不易传出，造成切削温度高。

1.3加工硬化倾向大

主要是切削过程中塑性变形大，晶格歪扭畸变，使应力和应变增加而引起的。

1.4刀具黏屑性强

这是由于材料的变形阻力大，使刀与屑之间的接触压力增加，摩擦因数增加，以致压迫咬合而滞留粘附在刀尖上。

切削温度高，加工硬化严重，加上钢中碳化物形成硬质夹杂物，又易与刀具发生冷焊，故刀具磨损快。

2榫槽结构及技术要求

某机发动机压压气机盘，榫槽为燕尾形式。

表面粗糙度要求榫槽工作面0.9um，其余表面1.8um;榫槽开口距离和滚棒间距离难以同时满足;零件半径尺寸R？.040mm，由于零件的变形造成垂直度超差，也影响到半径超差。

3改进方式

3.1容屑槽方向的改进

通过拉刀顶刃前角计算公式，可得出要增大拉刀顶刃前角，除加大前角外，还可增加顶刃与容屑槽底垂直线的夹角，为了使拉刀顶面和工作边前后角一致，使拉削状态平稳，将拉刀容屑槽方向按垂直顶面与工作边角平分线方向设计，即由10案奈？2？0′。但这样设计容屑槽底就会过拉刀中心，如两边齿按对称设计，两边刀齿前刀面互相干涉，无法加工。因此考虑设计成左右刀齿错齿形式，結合拉刀强度，使一边刀齿的容屑槽与另一边刀齿的齿背相互交错，错齿前后顺序与零件螺旋方向一致，使拉刀两边刀齿同时进行拉削，减少拉刀受力不均产生的变形以及对零件榫槽型面的影响。

3.2增加修光齿

考虑零件拉削长度长，零件型面回弹大，在拉刀末端增加两个修光齿，在零件弹性变形完全恢复后，再由最后两个修光齿进行拉削，确保零件表面质量和精度。

3.3拉削参数优化

根据以往拉削经验，要解决鳞刺现象，提高拉削表面质量的有效途径之一就是提高拉削速度。我们通过选用与零件同材料的拉刀试块进行不同拉削速度的拉削实验，优选拉削参数。拉刀试块选用2Cr10NiMoVNb材料，硬度：HB=341-375进行了拉削试验，明显看出，拉削速度15m/min时，榫槽表面有“鳞刺”状波纹，榫槽开口值与滚棒值不匹配;当拉削速度提高到 30m/min，“鳞刺”现象消失，粗糙度显著好转;榫槽开口值与滚棒值匹配。但当选用拉削速度≥20m/min时，粗拉刀切削刃表面有明显磨损、烧伤现象，因此，采用粗、精拉分速拉削试验，试验结果见表1。

3.4夹具的改进

在高速拉削时根据N=FV的关系，在切削力F不变、工件刀具系统没变的条件下，由于拉削速度V大幅度提高切削功率N必然相应提高。在整个机床、夹具、工件、刀具系统中夹具属于薄弱环节。在较大切削功率的作用下必然产生较大的强迫振动。夹具振动现象造成拉削过程不平稳，因此，榫槽槽底产生环状波纹现象。试验时，首先，加厚了拉床夹具底座，增加了拉床夹具刚性，将拉削过程中拉床夹具和零件因受拉刀的冲击而产生的振动和变形降低到最小，提高了拉削过程的稳定性。其次，将夹具上过定位台阶高尺寸约束在零件台阶高上差+0.01mm，控制定位面平面度0.01mm，零件台阶高公差A？.02mm，保证零件受拉削力产生变形后定位面可有效支撑，零件变形幅度不大于0.03mm。避免随着榫槽的逐渐拉开，盘的自身刚性逐渐减小，变形增大，而当拉刀拉过榫槽，切削齿数减少，拉削力减小，零件发生回弹，在榫槽出口处形成撕裂。通过夹具的改进，提高了夹具和零件安装整体的刚性，减小了振动，改善了零件表面加工质量。

4总结

根据实验数据，我们把该压气机盘的拉削速度确定为：粗拉：15m/min，精拉：30m/min。并进行了小批量的试拉削，拉削后发现，一次刃磨的拉刀，在拉削15个零件后，拉刀后刀面的磨损值Vb≤0.20mm，而且第15个零件榫槽表面粗糙度合格，无鳞刺现象;而采用单速16m/min的拉削速度拉削时，拉刀最多拉削到第7件时，Vb≥0.20mm。

高压压气机不锈钢盘的采用变速拉削后，减少了拉刀的刃磨次数，降低了操作者的劳动强度，提高了拉削的换刀点，延长了拉刀的寿命，提高了压气机盘的榫槽表面拉削质量。

参考文献

[1] 甲成元，陆培庆等.高速拉削工艺[M].北京：国防工业出版社，1984.

[2] 孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1996.

[3] 姜雪梅.高速拉削工艺的研究与应用[J].制造技术与机床，2003（03）.

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