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典型航空发动机燃调中沉淀硬化不锈钢细长轴零件工艺研究

2013-10-28  来源:《金属加工(冷加工)》  作者: 张广明

中航工业北京长空机械有限责任公司工艺室主任 张广明
中航工业北京长空机械有限责任公司工艺室主任 张广明

  轴类零件中细长轴的加工变形是经常遇到的一个加工难点。以某型号中沉淀硬化不锈钢细长轴零件为例(见图1),本零件加工难点是零件长径比为30,基体硬度为37~42HRC(通常长径比大于16属于细长轴类零件,加工中零件的刚性差)。该零件经固溶后,在粗加工过程中表面产生了加工硬化,变形严重,且变形量在0.2~1mm之间。

图1
图1

  1. 传统工艺加工的现状分析

  (1)传统工艺路线 粗车外形→粗车外形→固溶→车外形→车外形→研中心孔→精车外圆→车外形→磨外圆→插齿→去毛刺→粗切扁→时效→研中心孔→磨外圆→精切扁→磨外圆→去毛刺→荧光渗透检验→超声波清洗→检验→超声波清洗→油封入库。

  (2)存在的问题 零件经过固溶后,由于零件的基体硬度低,零件在半精加工过程中,零件表层强度、硬度提高,塑性下降产生了加工冷作硬化,硬度高达38~44HRC,零件变形大,后序精加工无法进行。原工艺方案无法满足设计图的要求。由于零件变形报废率为80%,零件合格率低,无法满足正常生产需要。

  (3)分析问题产生的原因 工件材料问题:沉淀硬化不锈钢具有高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性和抗氧化性,其加工特点是:①加工硬化问题严重。硬化程度可达母体材料硬度的两倍以上,其硬化层深度可达十分之几毫米,给切削加工带来不良影响。②切削力大,切削温度高。硬化后的零件表层强度、硬度提高进一步加快了刀具的磨损,快速提高切削抗力。③刀具的磨损大。刀具在切削过程中容易产生粘接、扩散、磨料、边界和沟纹磨损,而使刀具丧失切削的能力。④切削中材料刚性差,依据GJB2294-95规范沉淀硬化不锈钢固溶处理后,零件基体硬度≤363HB,其硬度值的下限没有要求,造成加工中存在居多不稳定因素。

  加工留量问题:该零件长径比为30,属于细长轴类零件,加工中通常采用一夹一顶装夹,零件在切削过程中塑性变形大,如果零件在粗加工中留量大,将导致零件在精加工中的刚性更差,造成加工中切削力增加。同时,不锈钢的加工硬化严重,加工硬化现象往往与表面残余应力和微小裂纹同时出现,使零件表层的性能降低给切削带来困难,直接影响零件的变形。

  对顶力的影响:原工艺采用数控机床一夹一顶装夹,机床尾座均为气动,由于加工留量大,采用顶紧力也相应增加,且细长轴零件夹紧力的大小对于零件的长短不一,无法较好地进行调节对顶力度。

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