航空发动机承力环类零件制造工艺研究
摘要
关键词
钛合金;腐蚀工艺;热处理工艺;层铣刀
正文
1引言
在零件加工过程中,热处理工艺和腐蚀工艺的顺序安排对加工周期和成本起着重要作用。传统工艺中,热处理工艺通常安排在腐蚀工艺之前,而新型工艺方法提出将腐蚀工艺调整至热处理工艺之前,以缩短加工周期、降低成本。本文将对热处理工艺和机加工现场的调查结果进行综合分析,探讨新工艺方法对零件加工的影响及成效。
2工艺路线安排
2.1传统加工方法
腐蚀工艺与热处理工艺在工艺路线的安排上,考虑以下几点:首先,由于热处理工艺后零件变形量难以控制,通常热处理工艺预留加工余量在单边3mm左右,而腐蚀工艺要求零件预留余量尽可能小,达到单边余量1mm以内为最佳腐蚀工艺状态。因此,腐蚀工艺通常安排在热处理工艺之后。其次,热处理工艺之后产生的氧化层影响腐蚀检查的效果,并且腐蚀工艺要求零件表面粗糙度较高,为Ra1.6以内,因此,零件热处理工艺后,要求安排机械加工工序,即半精加工工序,然后再进行腐蚀工艺,以便去掉零件热处理过程表面产生的氧化层,同时提高零件加工表面粗糙度。第三,腐蚀工艺对零件表面已经造成了腐蚀,因此零件在腐蚀工艺之后,需要对零件所有表面再进行机械加工,即,精加工工序,以便去除掉腐蚀层。综上所述,传统工艺中,热处理工艺安排在腐蚀工艺之前,热处理工艺和腐蚀工艺之间要进行半精加工工序,腐蚀工艺之后安排精加工工艺,工艺路线如下:粗加工-热处理-半精加工-腐蚀-精加工
2.2新型加工方法
新型工艺加工方法,从缩短零件的工艺路线着手,达到缩短整个零件的加工周期,以便降低零件的加工成本。最基本调整加工工艺方案是,考虑将腐蚀工艺调整到热处理工艺之前,即:粗加工-腐蚀-热处理-精加工,减少了半精加工过程(包括车、铣加工)。这样一来,需要解决三方面问题:第一,零件加工变形问题。零件在热处理后,变形量控制在1mm以内,即满足腐蚀工艺对零件腐蚀表面余量1mm的要求。第二,确定零件腐蚀工艺之后,零件表面残留的腐蚀液对热处理加热炉不产生化学反应。第三,热处理工艺之后是否产生增氢,是否需要安排氢含量检测及除氢工艺过程。
3现场调查
3.1热处理现场调查
根据对热处理工艺的现场大量调查,得出以下结论:
首先,观察到零件表面残留的腐蚀液在干燥状态下不会对热处理加热炉产生化学反应。因此,在加工余量允许的前提下,我们可以考虑将腐蚀工艺安排在热处理工艺之前。
其次,在600℃以下的稳定热处理工艺中,几乎不会产生增氢现象,因此无需担心氢含量超标的问题。如果我们将腐蚀工艺安排在热处理工艺之前,就不会涉及到重复检测氢含量的困扰。
第三,发现在热处理过程中,通过调整零件在热处理炉中的摆放方式,可以有效减小零件在热处理中产生的热变形量。此外,在零件的粗加工阶段,我们可以调整加工参数,以避免产生应力集中现象,从而减小热处理后零件的变形量。
综上所述,通过对热处理工艺的深入调查,我们可以优化工艺流程,提高零件加工的效率和质量。
3.2机加现场现状调查
根据对零件实际加工状态的大量数据调查结果,我们总结如下:通过调整零件的加工方式和加工余量分布,成功将零件的变形量控制在0.65毫米范围内。这一调整使得零件在进行热处理工艺之前,其加工余量单边控制在1毫米,满足了腐蚀工艺的要求。通过对现场调查分析的综合研究,我们可以将腐蚀工艺调整至热处理工艺之前进行,从而省略了半精加工工序,大幅缩短了零件的加工工艺路线,进而缩短了零件的加工周期。因此,我们将解决问题的核心转变为控制零件的变形量。
以外涵承力环为例,我们召集了冶金工艺、热处理工艺、腐蚀工艺等多个部门的资深技术专家,根据现场调查结果进行了讨论。最终得出的结论是,在变形量可控范围内,可以保证腐蚀工艺要求的加工余量为1毫米的前提下,将腐蚀工艺安排在稳定的热处理工艺之前进行。
因此,对于材料为TC4的零件外涵承力环,我们进行了简单的工艺调整。改进前的工艺路线为粗车端面内孔及试件-粗车端面外圆-粗铣型面-稳定处理-修基准-半精车小端-半精车大端-半精铣型面-腐蚀检查-车基准-精车大端。综上所述,针对钛合金零件的加工,将腐蚀工艺安排在时效热处理工艺之前,有利于缩短零件的工艺路线,进而缩短零件的加工周期。其次,在钛合金零件的铣加工中,采用飞碟铣刀加工优于传统的玉米铣刀加工,有助于提高铣加工效率,降低零件制造成本。采用新加工技术加工的外涵承力环,成果有三方面:(1)减小了零件的变形,避免了铣加工接刀痕的产生,杜绝了钳工打磨零件的现象;(2)飞碟铣刀在钛合金零件中的应用,较传统铣加工提高铣加工效率25.92%;(3)缩短了零件的制造周期,由原来的68天缩短到30天。
4结束语
通过对热处理工艺和机加工现场的深入调查与分析,本文提出了将腐蚀工艺调整至热处理工艺之前的新型工艺方法,取得了良好的效果。这一调整不仅缩短了加工周期,降低了加工成本,还提高了加工效率。未来,我们将继续探索新的工艺优化方案,不断提升零件加工的质量和效率,以满足市场需求和客户期待。
参考文献
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