摘要 本文針對發(fā)動機尾噴口上的鈦合金作動筒零件是重要件，作動筒內(nèi)孔的形狀精度及表面粗糙度是對發(fā)動機工作影響最重大的因素之一，因此選擇作動筒內(nèi)孔加工方法很重要。由于鈦合金材料不易于磨加工，需要采取珩磨工藝解決內(nèi)孔精度問題。主要根據(jù)珩磨的工作原理，以及珩磨的特點，選擇適合加工鈦合金材料作動筒的珩磨油石。結(jié)合生產(chǎn)實際對作動筒內(nèi)孔的珩磨工藝方法和實踐進行了探討。

　　關(guān)鍵詞 鈦合金；作動筒；內(nèi)孔；珩磨；油石

　　引言

　　作動筒內(nèi)孔的表面質(zhì)量直接影響發(fā)動機的尾噴口工作時的平穩(wěn)性、可靠性。作動筒內(nèi)孔的表面粗糙度和加工精度都對發(fā)動機工作有重大影響。而決定作動筒內(nèi)孔精度的主要工序是絎磨工序。絎磨是孔精度提高和粗糙度降低的有效方法，經(jīng)過絎磨后的工件，表面粗糙度可以達到RA0.8-0.2。

　　目前，針對鈦合金作動筒內(nèi)孔珩磨還處在起步階段，以前采用的工藝方法是精車及磨加工方法，加工后的內(nèi)孔尺寸精度、圓柱度及表面粗糙度值及都較低，磨削后的表面易燒傷，加工時需要找正內(nèi)孔，兩端孔的同軸度很難保證，生產(chǎn)效率低下，需要更先進的工藝方法-珩磨加工。但是珩磨設備少，珩磨油石參數(shù)及珩磨余量很難確定，要反復摸索油石及珩磨余量的參數(shù)，那么，要實現(xiàn)鈦合金作動筒內(nèi)孔的珩磨，就要結(jié)合實際零件摸索出適合的珩磨內(nèi)孔的所需要的珩磨余量、磨削參數(shù)及珩磨油石的相關(guān)參數(shù)，下面就如何解決鈦合金作動筒內(nèi)孔珩磨的問題進行闡述。

　　1 典型鈦合金作動筒零件內(nèi)孔加工面臨的問題

　　作動筒內(nèi)孔的尺寸、幾何形狀精度及表面粗糙度是對發(fā)動機工作影響最重大的因素之一，作動筒內(nèi)孔的最終精度形成的工序——珩磨工序也成了作動筒加工中最重要的一道工序。

　　對典型作動筒結(jié)構(gòu)分析：主要尺寸、技術(shù)條件及表面粗糙度

　　1）兩端孔的同軸度0.03mm、圓柱度在160mm的長度上0.01mm，是保證作動筒平穩(wěn)性的技術(shù)關(guān)鍵；

　　2）大小孔的尺寸公差為0.02mm，0.021mm，表面粗糙度0.2；

　　3）零件壁厚為3.0mm；

　　4）零件材料為TC6。

　　1.1 作動筒工藝路線

　　原工藝路線：模鍛件——粗車外圓、鉆孔——粗車另一端外圓、鏜孔——半精車內(nèi)孔及——半精車另一端內(nèi)孔及槽——車接嘴——精車外圓筋板及螺紋——磨削大小孔——拋光內(nèi)孔——修正兩端螺紋——清洗——熒光檢查——檢驗 。

　　上述主要加工工序的作用：

　　1）半精車兩端內(nèi)孔；為車削接嘴和外圓筋板作基準；

　　2）精車大孔；保證磨加工前尺寸余量及表面粗糙度；

　　3）精車小孔；保證磨加工前尺寸余量及表面粗糙度；

　　4）磨削大孔；保證內(nèi)孔尺寸精度和圓柱度及表面粗糙度；

　　5）磨削小孔：保證小孔尺寸精度和同軸度及表面粗糙度。

　　1.2 問題的分析

　　原工藝路線存在的問題：

　　1）由于該作動筒是鈦合金，磨削性能差，內(nèi)孔易燒傷。而零件長度較長且壁薄，加工后尺寸精度和圓柱度超差，內(nèi)孔表面粗糙度值高；

　　2）同軸度0.03是用大孔做定位加工保證的，由于大孔精度超差，大孔對小孔同軸度易超差；

　　3）加工工序較分散，需要專用夾具較多，工裝成本增大，生產(chǎn)效率低；

　　4）大部分工序在普通設備上加工，多次裝夾，定位誤差大，尺寸精度低。

　　1.3 采取的措施

　　1）將零件工序集中，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點，加工內(nèi)孔和外接嘴安排在車銑加工中心上進行，提高了零件的加工效率和尺寸及幾何形狀精度，減少了專用夾具數(shù)量，降低了工裝成本；2）由于加工中心設備精度高，大小孔可以一次加工完成，既保證了尺寸精度有保證了兩孔的同軸度，為珩磨孔奠定了基礎；3）為了珩磨方便加工，可以將大孔加工出倒稍并嚴格控制珩磨前內(nèi)孔的余量和幾何形狀精度，給珩磨工序奠定良好的基礎；4）將磨加工大小孔工序改為珩磨加工，提高內(nèi)孔尺寸精度、表面粗糙度及圓柱度。

　　改進后的工藝路線：模鍛件——粗車外圓、鉆孔——粗車另一端外圓、鏜孔——車削內(nèi)外表面及螺紋、銑螺紋接嘴——珩磨大孔——珩磨小孔——修正兩端螺紋——清洗——熒光檢查——檢驗 。

　　1.4 對珩磨工序加工參數(shù)的選擇

　　1.4.1 珩磨加工的工作原理

　　絎磨是通過安裝在絎磨頭上的油石，由張開機構(gòu)將其壓向四周的工件孔壁，通過做旋轉(zhuǎn)或直線往復運動，達到對孔進行低速磨削和破光。

　　1.4.2 珩磨特點

　　珩磨加工與一般切削加工相比，具有下列特點：

　　1）可獲得高的加工精度；加工直徑 50mm～200mm的中等孔時，圓度公差可達3um～5um，圓柱度公差可達10um；

　　2）可以獲得高的表面質(zhì)量，表面粗糙度Ra值通常可達0.8um～0.1um，最高可達0.1um以下。

　　1.4.3 珩磨油石

　　1）珩磨油石的磨料

　　珩磨油石的磨料是油石的一個重要性能，它直接影響到珩磨加工的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。生產(chǎn)中使用的珩磨油石主要有白剛玉、棕剛玉、黑色碳化硅、綠色碳化硅、人造金剛石、立方氮化硼等。

　　2）珩磨油石的粒度

　　珩磨油石的粒度的粗細直接影響加工表面的表面粗糙度。在表面粗糙度允許的前提下，選擇粗一些的粒度，可以獲得高的生產(chǎn)率。精珩應選用W40以上規(guī)格，半精珩選用180#-280#規(guī)格，一般粗珩選用80#-180#規(guī)格。

　　3）珩磨油石的硬度

　　絎磨油石的軟硬要根據(jù)絎磨金屬的硬度來選擇。一般情況下，絎磨硬的進入要選擇軟的油石，而絎磨軟的金屬則要用較硬的油石。這里說的油石硬度跟磨粒的硬度無關(guān)，是指結(jié)合劑對磨粒粘結(jié)能力的強弱。絎磨油石的硬度過低，油石消耗就快，不太容易控制尺寸。脫落下來的磨粒也容易劃傷工件。絎磨的效果略差。而絎磨油石硬度過高，則磨耗后的磨粒不容易脫落，造成油石表面堵塞，切削性降低甚至消失，還容易造成工件表面燒傷。所以，絎磨的油石硬度的選擇很重要。 　　4）珩磨油石的結(jié)合劑及組織

　　一般末了的絎磨油石有兩種：。陶瓷結(jié)合劑（代號V）和樹脂結(jié)合劑（代號B）。陶瓷結(jié)合劑的主要特點是硬度不均勻，油石較脆，容易在珩磨過程中出現(xiàn)剝落。而樹脂結(jié)合劑的油石強度高，有彈性，能抗振。油石磨損均勻，不容易碎。珩磨出來的工件比陶瓷結(jié)合劑的光滑度高。

　　1.4.4 珩磨用量

　　珩磨用量包括：切削速度、網(wǎng)紋交叉角、油石工作壓力、微量進給速度、加工余量及超程量等。

　　1）切削速度與網(wǎng)紋交叉角

　　珩磨的加工效率和加工質(zhì)量與珩磨切削速度、切削交叉角、圓周速度、往復速度有關(guān)。被加工材料的磨削性能決定了圓周速度和往復速度。韌性的材料，兩種速度應取小；一些脆性的材料，兩種速度可取大一些。珩磨速度亦因設備和珩磨工藝的情況而變化，在很大程度上取決于珩磨油石的質(zhì)量和對工件材料的適應情況。

　　2）珩磨油石工作壓力

　　油石的工作壓力一般是指垂直作用在油石單位面積上的平均壓力。壓力大小的確定要考慮工件的材料、形狀、大小、魔頭剛性等等因素。

　　3）微量進給速度

　　珩磨油石微量進給速度（即徑向進給量）對加工效率、加工精度、加工表面粗糙度、油石磨耗量影響較大。選取微量進給速度應根據(jù)工件材質(zhì)、油石種類、性能、加工精度及工件孔的形狀公差等因素考慮。

　　4）珩磨的加工余量

　　珩磨加工余量對珩磨質(zhì)量和生產(chǎn)率有很大影響。珩磨加工余量一般為前道工序形狀誤差及表面變形層綜合誤差的2倍～3倍。

　　1.4.5 切削液

　　絎磨中必須使用切削液。它在絎磨中起到冷卻的作用，能夠及時沖刷走絎磨下來的磨粒、碎屑等，避免油石堵塞。能夠在油石和工件接觸表面形成一層油膜，改善工作狀況。

　　切削液的種類：

　　有油劑和水劑兩種，水劑切削液冷卻性和沖洗性較好，適應于粗珩。油劑切削液通常加入適量的硫化物，硫和鐵元素化合形成一種抗粘結(jié)焊和堵塞的硫化鐵，對改善珩磨過程有利。

　　5 結(jié)合實際對珩磨工序進行試驗

　　根據(jù)作動筒的材料選擇了油石參數(shù)、珩磨用量和油劑切削液進行試加工。

　　試驗方法：

　　1）將選取粗珩、精珩油石分別裝在通用珩磨頭上，根據(jù)需要珩磨的尺寸將珩磨頭的油石進行修整；

　　2）檢查作動筒內(nèi)孔尺寸精度（包括倒稍尺寸、幾何形狀精度、同軸度及表面粗糙度）是否符合珩磨前的尺寸精度。在美國善能立式珩磨機設備上將零件外圓固定在專用夾具上，以小孔定位，分粗精珩磨大孔，再以大孔為定位，分粗精珩磨小孔，選擇粗、精珩磨余量，需用油劑切削液充分冷卻，保證了尺寸精度。

　　其中：兩端內(nèi)孔的同軸度是靠珩磨前車加工工序一次加工保證的，珩磨余量是車加工內(nèi)孔時控制的尺寸精度、幾何形狀精度及表面粗糙度。

　　在試驗中，通過對鈦合金作動筒珩磨參數(shù)的反復試驗摸索，確定了適合的珩磨油石及珩磨參數(shù)。

　　6 珩磨油石及珩磨余量的選擇

　　根據(jù)珩磨工作原理、珩磨油石特性、珩磨切削參數(shù)，選擇了適合加工鈦合金作動筒內(nèi)孔的珩磨油石及珩磨參數(shù)。

　　1）油石的具體參數(shù)：

　　（1）珩磨油石的磨料；白剛玉磨料；

　　（2）珩磨油石的粒度；選用80#-180#進行粗珩，然后選用W40進行精珩；

　　（3）珩磨油石的硬度；粗珩時為L-Q，精珩時選用M-R；

　　（4）珩磨油石的結(jié)合劑及組織；樹脂結(jié)合劑。

　　2）珩磨用量：

　　（1）在粗珩時圓周速度18m.min～25m.min，往復速度10m.min～25 m.min，交叉角45°。在精珩時圓周速度25m.min～30m.min，往復速度10m.min～25 m.min，交叉角30°；

　　（2）粗珩加工時油石工作壓力0.8MPa～2.0MPa，精珩加工時油石工作壓力0.8MPa～2.0MPa；

　　（3）粗珩的珩磨余量為0.08mm～0.15mm.，精珩的珩磨余量為0.02mm～0.06mm。

　　7 試驗結(jié)果

　　通過改進的工藝路線進行加工，運用選定的珩磨油石參數(shù)及珩磨余量對一批作動筒進行試加工，試驗結(jié)果：通過合并工序，生產(chǎn)效率提高了60%以上，降低了工裝成本，用珩磨工序代替磨加工工序加工內(nèi)孔，內(nèi)孔質(zhì)量滿足了圖紙規(guī)定要求，合格率達到100%。作動筒通過磨合試驗，消除了卡滯現(xiàn)象，確保了作動筒的工作平穩(wěn)性，摸索出珩磨鈦合金材料的珩磨油石參數(shù)和珩磨余量，為今后類似零件珩磨奠定了良好的基礎，達到了本次攻關(guān)的目的。

　　1）工件裝夾牢固，調(diào)節(jié)行程時要留意是否可能碰撞，第一次行程應做慢進給試驗，使用前各潤滑部位要加油，并開車運行2min～3min；

　　2）加工件要放置平穩(wěn)、地面油漬隨時清除；

　　3）珩磨頭如果裝萬向接頭時，開車前必須將珩磨頭前端先進入工件內(nèi)，以防止珩磨頭向外飛出傷人，操作時要防止夾傷手指；

　　4）工作前，檢查接地線是否安全可靠。工作中防止電氣設備沾上潤滑液、冷卻液，并防止因電線與運轉(zhuǎn)部件磨損而發(fā)生漏電事故。

　　參考文獻

　　[1]王世清.深孔加工技術(shù)[M].西北工業(yè)大學出版社，2003.