[发明专利]衬套薄壁零件加工变形的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制衬套薄壁零件变形的方法，尤其是高精度铝合金薄壁类零件加工变形的控制方法。 

背景技术

随着航空工业的发展,高强度铝合金薄壁件得到了广泛的应用。但是该类衬套薄壁零件在加工过程中受力容易变形,加工后的衬套薄壁零件不容易达到质量指标要求。铝合金薄壁件在切削过程中,如何消除和减少，有效制约该类衬套薄壁零件的加工变形是航空制造过程中一项备受关注的课题，现有加工技术不能从根本上解决该类问题。衬套薄壁零件是航空产品中较常见的一类衬套薄壁零件,其结构通常较复杂,精度要求高，加工工艺性差。铝合金薄壁类零件一般尺寸大而截面积较小,加工余量大但刚度较低,在加工中容易出现变形。比如材料为2A12-T4航空产品某重点关键部件中的一个轴类衬套零件,直径较大,壁薄而密封环形槽多,形位公差要求高,，因切削加工应力的存在,加工变形不可避免。发动机部分轴承衬套直径大于Ф70,外轮廓尺寸相对截面尺寸较大,内腔有至少两处不规则贯穿槽和不通槽组成的，而且采用铝制的轴承衬套槽壁厚最薄处只有1.5～1.65mm。加工中余量大,刚度低。 

发动机工作过程中轴承衬套承受载荷大、磨损严重，磨损铝粒易引起发动机滑油铝含量超标故障。为了降低和预防滑油铝含量超标故障，现有技术通常采用在原铝制轴承衬套表面覆盖一层硬质阳极氧化层。轴承衬套的内孔与外圆尺寸精度及同轴度要求高，由于轴承衬套的硬质阳极氧化加工受条件限制，在附件机匣装配轴承衬套后不能进行硬质阳极氧化处理，而必须将轴承衬套尺寸精加工到最终尺寸进行硬质阳极氧化后装配。硬质阳极氧化层不能进行车、镗削等机械加工，只能进行微量研磨的镀层。在加工过程中，铝合金结构薄壁件轴承衬套因其衬套薄壁零件内孔与外圆的同心度为0.01，壁厚差不大于0.01，制造难度大，加工极易变形，变形极难控制。根据薄壁零件在加工中的变形是不可避免的现象，采用正确的加工方法使其变形控制在有效的范围内，是工艺需要解决的问题。在航标薄壁标准中规定，对于薄壁零件的非配合尺寸在受力装配情况下能够恢复衬套薄壁零件设计图要求值并满足装配要求时，允许多截面平均值法进行测量。这就说明了薄壁零件的变形问题是较难避免的，但是该标准并不能满足实际使用需要。薄壁零件的变形主要因素包括： 

1.装夹因素。通常加工中一般采用三爪卡盘装夹，应力较大，易产生较大的弹性变形，使工件的尺寸公差和形位公差偏离预期目标；在铣中心精加工内孔、外圆。保证内孔与外圆的同心度0.01,圆柱度0.015，壁厚差不大于0.01。一次装夹加工外形面，各台阶面及内孔、外圆，因加工时的夹持力、加工应力未释放，当衬套薄壁零件切除衬套薄壁零件夹持部分后，应力释放，造成衬套薄壁零件变形，尺寸公差和形位公差不能保证。以薄壁铝合金衬套类零件车内孔为例，镗孔时，衬套薄壁零件采用软卡爪装夹，由于径向夹持力的作用，衬套薄壁零件受三个卡爪不规则作用力，产生椭圆状或者梨状变形。加工完成卸下工件后，由于撤销了径向力，工件弹性应力释放，工件外圆变形局部恢复，部分塑性变形导致工件内孔、外圆呈现不规则的椭球形，偏离加工要求。套内衬套薄壁零件通常采用的加工方案，其流程为：车工粗加工将内孔多余余量去除。车铣中心夹持衬套薄壁零件加工外圆、内孔及衬套薄壁零件其他结构一次加工成形，因夹持应力和加工应力的存在，不能有效解决上诉影响变形因素。对于尺寸精度和形位公差要求高的尺寸不能保证。实际加工中，衬套薄壁零件的加工合格率为零。