1、不銹鋼薄壁零件的工藝方案探索摘要：薄壁耐熱不銹鋼零件因為強度高， 耐熱耐腐蝕， 廣泛應用于航空航天領域。這類零件尺寸大、壁薄，加工中 容易產生變形且不容易保證零件尺寸及形位公差。本文通過 對我廠承接的某航空零件的產品結構和加工難點的分析，介 紹了其加工難點的解決辦法， 滿足了產品的設計要求，發 揮了較好的作用，在同類產品的加工中值得借鑒。主 ?詞：耐熱不銹鋼 薄壁 車削加工1 零件結構分析零件結構如圖 1 所示，零件材料為： 1Cr11Ni2W2MoV 耐熱不銹鋼，最大外圓 $ 282.4，最小內孔$ 171，最薄處壁 厚只有1mm，零件總長112mm，外形為樣條坐標曲線，圓 跳動 0.1mm

2、 ，線輪廓度 0.4，允許向材料內凹下，外形表面 粗糙度不大于 1.6，分析可得，該零件屬于典型的薄壁、要 求較高，難加工零件。該零件為我廠協外加工某部套型號產 品中航空發動機中一個重要零件，該零件的加工質量對于發 動機的質量及后續與客戶單位的合作起著至關重要的作用。 因此對于該零件的加工，所具有的意義時非常重要的。2 零件材料性能及切削加工性能分析1Cr11Ni2W2MoV 鋼是在低碳的 12%Cr 鋼中加入大量的W、Mo、V等縮小奧氏體相區的鐵素體形成元素，使得鋼具 有馬氏體相變硬化能力，所得到的一種新型馬氏體耐熱不銹 鋼。該鋼具有良好的綜合力學性能，拋光表面的 1Cr11Ni2W2MoV

3、 鋼在淡水和濕空氣中有耐蝕性， 在航空工業 中已廣泛應用于制造 600 C以下工作的發動機葉片、盤、軸 等重要零部件。材料的加工特性如下：a) 切削變形大，且不易斷屑；b) 加工硬化大：硬化程度可達 240%320%,且前一 走刀或前一工序產生的硬化現象在后續加工中累積，這是加 工時的主要矛盾所在；c) 力學性能高： a b=885MPa, 8 =12%15%, aK=100 J/cm2250J/cm2 , 269HBA 388HBS,其伸長率和沖擊值偏 高，即“韌性大” ，切屑不硬被切離，同時其高溫強度大， 親和性強，易產生“積屑瘤” ，對工件表面粗糙度起惡化作 用；d) 熱導率低：其熱導率

4、僅為 22.2W/ ( m?K) ，會引起 已變形層內熱量的高度集中，而使切削溫度很高，可達1000 c1100 C,零件易變形，加工精度難以保證；e) 刀具磨損快：加工硬化嚴重、高的切削溫度和在接 觸面上較大的單位壓力,使得零件易與刀具發生冷焊,刀具 耐用度低,致使零件表面質量較差。3 工藝方案3.1 加工難點分析通過分析可以看出，該零件有以下加工難點：a) 如何裝夾，保證簡單、易操作、零件變形?。籦) 如何找正加工基準，從而保證零件尺寸精度、壁厚 均勻；c) 如何防止零件加工過程中的變形；3.2 解決途徑與措施3.2.1 裝夾方式此零件完工壁厚只有 1.5mm ，最薄處僅有 1mm ，直徑

5、 又比較大，剛性較差，如果采用常規徑向夾緊的方法裝夾， 工件將會受到徑向夾緊力和切削力的影響，出現彎曲變形， 很難達到技術要求。外形又是不規則曲面，不宜采用套筒裝 夾，內孔直徑較大，且不好定位和裝夾，所以采用芯棒的辦法也不可取。 綜合分析，最后決定采用在小端留工藝法蘭，裝夾方式 如圖 2 所示，用壓板裝夾，這樣零件在徑向不受夾緊力，也 減小了變形。在車外圓時，增加輔助頂板，提高工藝系統的 剛性。上述裝夾方式定位可靠，拆裝方便，也減少了其它工 裝的設計制造，既節省了時間，縮短了生產周期又節約了制 造成本。3.2.2 基準選擇粗車后，每次裝夾時先修圖2中A基準面（即法蘭端面）控制平面度，可用于軸向

6、尺寸定位基準，零件外形的0 點坐標可以從A面找正。徑向找正必須保證內外圓軸線的同軸度， 端面與內孔軸線的垂直度，此問題采用校正外圓及內孔圓跳 動，加工外圓和內孔一次裝夾，保證和機床主軸同心，加工 時余量均勻，更好的保證尺寸及形位公差要求。3.2.3 零件變形因素分析及解決措施a）受力變形 因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產生變形，從而影 響工件的尺寸精度和形狀精度。在裝夾時，不要完全壓緊一 個壓板后在壓緊另一個壓板，而是對稱的逐漸使各個壓板壓 緊，車削完成后，也是對稱的逐漸松開各個壓板。b）受熱變形 因工件較薄，材料本身熱導率低，切削熱不易擴散，會 引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制，在車削過

7、程中，合 理的使用冷卻液， 可以有效地解決。 冷卻液一般選用乳化液。c）振動變形 在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產生 振動和變形，影響工件的尺寸精度，形狀、位置精度和表面 粗糙度，此零件我們主要采取以下幾個措施來減小振動： 1. 控制切削速度； 2 加工外形時， 可在內孔放置一個厚橡膠板； 3 車削內孔時可以在外圓上包裹橡膠皮，吸收零件的振動能量，達到減小振動的目的。d) 切削應力 當每切除一層金屬層時，由于應力釋放，造成變形。針 對工件內部存在應力而車削后引起工件的變形，可以采取以 下措施解決，把粗車和精車加工分開進行，可消除粗車時切 削力過大而產生的變形，粗車后進行退火等去應

8、力時效處理， 可減小內應力。此零件因為要求較高，結構較復雜，精度要 求高，所以，在粗車和精車之間增加兩道半精車工序，并相 應增加退火去應力，使粗車加工產生的變形逐漸得到修正， 幾何形狀和尺寸精度逐步得到提高。3.3 刀具選用1Cr11Ni2W2MoV 為難切削材料， 刀具材料選用紅硬性高， 抗彎強度高，耐磨、導熱性好，抗粘結、抗擴散和抗氧化磨 損性好的刀具材料， 盡量采用性能優越的 YG8N、YG8、YG6、 YG6X等鎢鉆類硬質合金刀具，也可采用YH1、YH2、YD15、712、 813 等硬質合金刀具。 高速鋼刀具材料 (如 W2Mo4Cr4V3 、 W12Mo3Cr4V3Co5Si)也可

9、選用。3.4工藝方案確定加工方案分析根據零件的特點和要求選擇合理的工藝方案，是保證薄 壁零件加工質量的關鍵，同時要從防止變形和保證精度出發 去設計加工工藝。只有適當的安排工藝順序，精心操作才能 保證薄壁工件的加工質量。此零件毛坯為環形鍛件，所以后續加工去除余量較多，內應力也較大，所以加工過程中去應力次數定為 3 次，使內 應力完全釋放， 減小內應力引起的變形， 結合經濟性及形狀、 精度等要求，粗車選擇普通車床，半精車和精車選擇數控車 床，因為調質過程變形較大，去應力變形相對較小，所以調 質安排在兩道半精車之間進行，為了保證加工后零件的表面 粗糙度要求，精車時車刀磨削鋒利，進給量應較小。為了更

10、好的保證零件尺寸精度要求，去應力時效時要進行穩定尺寸 處理。因為零件外形和內孔為不規則拋物線，不好直接檢驗 外型面和內型面尺寸，最終選用制作型面樣板的方法，嚴格 控制型面樣板尺寸及公差，用型面樣板來檢驗，既能保證尺 寸又簡單方便。結合以上分析，最終確定此零件加工方案如下：粗車（單邊留余量3mm）去應力時效半精車 （單邊 留余量2mm）調質并去應力時效半精車（單邊留余量 1mm ）去應力時效精車（到尺寸）熒光檢驗表面質量 表面化學鈍化處理完工尺寸檢驗交付。3.4.2 進給量 f粗加工時，選用硬質合金刀具，一般選擇0.2mm/r0.4mm/r 。選用高速鋼刀具時，應適當減小 f 值。 精加工時，選用硬質合金刀具，一般選擇 0.08mm/r 0.1mm/r ，主要考慮工件表面粗糙度的要求。選用高速鋼刀 具時，應適當減小 f 值。3.4.2 車削速度 vc 車削速度不宜過高，選擇硬質合金刀具時，一般在0.5m/s1.5m/s。選擇高速鋼刀具 ？r,應適當減小 vc值，精 加工時，為保證表面質量，選擇恒定線速度切削，可有效保 證表面光潔度。4 結論本文對 1Cr11Ni2W2MoV 耐熱不銹鋼薄壁零件的加工進 行了分析闡述， 通過制定合理的加工方案， 選擇合適的工裝、 刀具及合理的切削用