汤丽梅
中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵州 贵阳 550014
摘 要：随着机械加工技术的不断发展，薄壁不锈钢类零件因为其独特的优越性而在多个行业中得到广泛应用。然而这类零件的加工难度较大，这主要是因为材料在切削性能和结构刚性方面的表现较差，加工时会存在变形和振动，其尺寸和形位的控制具有较大的难度，较容易出现变形，对零件加工的质量会产生影响。所以，对零件加工工艺需要进行合理的控制，确保零件加工的质量和生产效率。
关键词：零件加工；薄壁不锈钢；加工工艺
薄壁不锈钢类零件在加工过程中，由于受到弹性复原能力、切削能力、夹紧力等因素的影响，加工中的受热、受力变形规律难以良好的掌握，因而使得工件的加工形状和尺寸控制的精准度偏差较大，影响零件加工的质量。因此，对薄壁类不锈钢零件加工时，需要对其加工工艺进行合理的控制，以保证零件加工质量。
1.零件分析
该零件的材料主要是1Cr18Ni9Ti，内孔直径为35mm，外圆直径为36.8mm，壁厚为0.9mm，对内孔表面粗糙度的要求为Ra1.6μm。零件的内孔深度为357mm，内外径尺寸精度为IT9级，内外圆同轴度为0.1mm，属于典型的薄壁类零件。由于零件具有较差的刚性，壁厚较小，加工困难度较大。而且该零件属于深孔类薄壁零件，加工难度更大。在进行外圆切削加工过程中，刀具切削力存在径向分力，因而零件很可能会出现弯曲变形，零件的加工尺寸和位置精准度被影响。刀具在切削中会产生振动，稳定性较差。而且由于材料属于奥氏体不锈钢，抗拉强度大，加工时刀具容易出现缺口，且不易断屑。因此，对该零件进行加工时，需要有效的解决深孔加工、材料、薄壁切削加工方面的困难，避免零件变形，保证加工的尺寸精准度。
2.加工工艺
2.1工艺流程
对该零件进行加工时，工艺流程为：粗车外圆将多数的切削量去掉，将外圆作为基准进行内孔加工。接着再以内孔为基准对外圆进行加工，对工艺方法进行合理的控制，将加工中切削力、装夹产生的影响降低，有效的控制加工过程的变形量。工艺流程以及具体内容如下表1.为了避免零件切削受力而出现加工变形，对加工余量需要进行合理分配，零件自身刚性在满足条件的情况下，采取内孔优先加工，然后以内孔为基准进行外圆加工。
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2.2深孔加工
2.2.1工艺方法选择
使用普通的钻头对内孔进行加工，一次性连续钻孔深在达到孔径的3-5倍前就需要退刀排屑，避免切削刀刃因升温而使钻头受损。在钻孔深度不断增大时，钻头退出的次数也会增加，对切削的效率产生影响。使用普通钻头进行钻孔时，加工的粗糙度较大，不适宜深孔加工。因此使用外排屑钻削法进行深孔加工，一次连续钻削能够节省钻、铰工序能够达到加工的精准度。
2.2.2零件装夹
对零件装夹主要是指在零件的两端使用两个60°的锥盘定位、夹紧零件。这种装夹方式非常稳定，机床主轴和进刀面的误差小，锥盘可以密封切削油。在进刀的地方添加钻头导向套，确保钻削进刀时的起始位置精准，自动导向钻头能够稳定的切削。使用这种装夹方式，零件两端的倒角需要与零件外圆同心，且加工孔和零件外圆保持同轴度。其外圆尺寸需要预留一定的加工余量，单边控制在1mm，以确保钻孔后零件的壁厚不会过薄导致弯曲。
2.2.3选择切削油和刀具
在零件加工中，切削油的选择需要合理的进行，对加工的冷却和润滑起到重要的作用，此次加工过程中使用枪钻切削油，加工中加工面的表面粗糙度得到了降低，刀具的耐用性提升。由于零件的材料是不锈钢，结合材料特点，使用硬质合金材料的枪钻钻头。刀具的耐用性和精准度表现良好，加工过程较为稳定，零件的精度偏差小，表面质量高，而且钻头损坏引起的零件报废情况大大降低。切削线速度设置为50-70m/min，进给量为0.05-0.1mm/r。刀具的结构图如下图1.
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图1 刀具结构示意图
2.2.4冷却油压力确定
使用外排屑钻削法的加工方式，关于冷却油压力的确定非常重要，如果压力过低，刀具的冷却、润滑会不足，铁屑不能很好的冲出，刀具容易损坏。而如果压力过高，刀具稳定性会变差，液压系统容易损坏。加工大直径孔零件时主要是使用大流量、低压力的方式，而加工小直径孔的零件时，主要使用小流量、高压力的方式。结合实际情况，冷却油压力确定为6MPa，流量为30L/min。
2.3内孔精加工
以外圆为基准进行内孔加工，确保内孔的同轴度，以使精车外圆有更可靠的基准。该零件的孔深为357mm，内孔尺寸的公差小，对表面加工质量、同轴度的要求较高，如果使用普通的镗孔刀具加工，由于材料、结构的影响，刀具振动、磨损情况出现较频繁，使得零件内孔超差，而且加工余量太小。通过综合分析，使用加长防振刀杆，从而有效的防止了振刀问题。镗刀的刀片使用RO.2四方大前角刀片，加工能够更好的冷却，避免了因受热而使加工精度降低。
2.4外圆加工
该零件在装夹时容易发生变形，在对零件进行车削外圆加工时，受切削力的影响，会发生弹性弯曲和塑性变形，进而影响加工精度。为解决加工变形问题，对切削刚度需要进行合理的增加，制定合理的装夹方案。车削时假设选择三爪卡盘定位装夹，零件会存在径向夹紧力，由于夹紧力不均匀会发生变形，进而影响加工尺寸。因此，使用轴向定位夹紧方式，将装夹的变形量尽可能的降低，使用弹性内胀式车工芯轴，以内孔为基准来装夹零件，确保车削加工定位更加可靠。该夹具的弹簧套使用60Si2Mn材料，芯轴材料使用Cr12MoV材料。芯轴和弹簧套相互配合，将零件同时胀紧，从而实现零件的无缝可靠定位，车削时承受径向切削力，可以避免零件加工变形。另外，由于该零件的材料是1Cr18Ni9Ti的不锈钢，加工硬化情况较严重，硬化层的深度能够达到切削深度的30%以上，硬度比合金结构钢要高，导热性不足，有多数的切削热都在切削区和刀屑接触界面集聚，散热性较差。在进行零件加工时，刀具容易出现崩刃等情况，因此，该零件加工时使用钨钴类硬质合金刀具，硬度为69-81HRC，热硬性较好，能够满足加工要求。
2.5零件检测
使用千分尺对零件外形尺寸进行测量，通过专用同心度对零件的同轴度、圆柱度进行检测。对夹具的定位使用V形块，通过调节螺母控制测量头高度，对加工的薄壁零件进行准确的测量。通过工艺验证，该零件的加工尺寸精度、表面粗糙度、形位公差都满足技术标准要求。该加工工艺方案可靠。
结束语：
总而言之，薄壁不锈钢类零件由于自身优越的性能，在多个领域中得到了良好的应用，但是其零件的加工也存在较大的难度。通过对薄壁不锈钢零件的装夹、切削参数、走刀方式等进行分析与优化，选择合理的工艺工序路线，完成了对薄壁零件加工工艺的改进，有效地减少了薄壁不锈钢零件加工过程中因夹具、切削力及应力等多种因素影响引起的变形，提高了加工精度，保证了零件的加工质量，在加工方面体现了良好的效果。
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