[发明专利]一种台阶内孔大深径比轴的加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及大深径比薄壁细长轴类零件制造技术领域，特别涉及一种台阶内孔大深径比轴的加工工艺及工具。

背景技术

大深径比薄壁细长轴在高速转动机构中起到关键作用，特别是在航空发动机和燃气轮机中占有重要的位置，该零件承受弯曲与扭转交变应力，零件加工质量影响发动机工作安全可靠性。薄壁细长轴的加工技术是航空发动机的关键制造技术之一，是增强我国航空发动机行业核心、全面发展航空动力技术不可或缺的方面。

目前的加工工艺为：坯料—钻中间孔—钻小孔—扩孔加工大孔—内孔珩磨—外表面精加工。

传统制造方法存在的问题主要是轴的同轴度和壁厚分布不均匀，从而影响使用性能。由于细长轴阶梯内孔深度大，钻孔刀具长且直径小，加工过程中无法避免钻斜及孔径尺寸精度。目前，国内外先进机床均无法解决细长轴阶梯内孔深孔钻同轴度和空心度问题。因此，亟需先进制造工艺和装置。

旋转锻造，简称旋锻，是一种由两到四块锻模一方面环绕坯料轴线高速旋转，另一方面又对坯料进行高频锻打，从而使坯料轴截面尺寸减小或形状改变的渐进成形方法，适用于棒料、管材或线材精密加工的回转成形工艺，属于渐进成形和近净成形的范畴。

对于细长轴零件的加工，如果在钻孔过程中出现钻大、钻斜的问题，可以采用旋转锻造的方法进行缩径，然后在进行机械加工的方法，可以实现废品零件的再利用，显著降低加工废品率。将旋转锻造工艺应用于细长轴内孔整形加工，不但能够保证内孔直线度，壁厚分布均匀，还能提高零件的力学性能。目前还没有相关工艺的文献报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种台阶内孔大深径比轴的加工工艺及工具，显著提高了钻孔直线度，降低废品率，与此同时增加了工件力学性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种台阶内孔大深径比轴的加工工艺，包括以下步骤：

1)准备工件坯料：工件坯料长度是L-Δ，其中L是工件设计总长度值，Δ为锻造伸长量，取值范围2～3mm，车外圆，打顶尖孔，车两端基准外圆，两端倒角，得到工件1；

2)钻中间孔：将工件1装夹在深孔钻床上，沿工件1轴线方向均布两个支撑架2，然后钻中间孔，钻孔直径大于中间孔设计要求0.1～0.2mm，钻孔长度是L1’-Δ，其中L1’是设计要求的大孔与中间孔长度尺寸之和；

3)精镗中孔：然后将工件1装夹在镗床上精镗中间孔，经过精镗后中间孔直径大于设计要求0.3～0.6mm，直线度要求小于0.05mm，内孔表面粗糙度为1.6；

4)珩磨中孔：再将工件1装夹在珩磨机上进行珩磨，使中间孔尺寸精度达到IT6，圆柱度1～0.5，直线度1，粗糙度0.8～0.1；

5)推镗大孔：然后将内部支撑架Ⅰ固定在钻杆3上，确保内部支撑架Ⅰ处在中间孔内，镗刀4位于内部支撑架Ⅰ后面，后面为刀具相对于工件1运动方向的反方向，将工件1装夹在镗床上推镗大孔，大孔尺寸与设计要求一致；

6)钻小孔：再将内部支撑架Ⅰ固定在钻杆3上，确保内部支撑架Ⅰ处在中间孔内，钻头5位于内部支撑架Ⅰ前面，将工件1装夹在深孔钻床上钻小孔，小孔直径大于设计要求0.3mm～0.6mm；

7)旋锻整形：将工件1与组合芯轴Ⅱ进行装配后装夹在旋锻设备上，旋锻夹头6夹住工件1大端，旋锻锤头7径向打击工件1另一端，工件1内径缩小，贴紧组合芯轴Ⅱ，完成内孔整形；

8)机加外圆：将工件1与组合芯轴Ⅱ一起装夹在车床上进行外圆的车削加工，加工至设计要求尺寸；

9)抽出组合芯轴Ⅱ：先通过旋转加振动的方式抽出大端芯轴8，再用同样的方法抽出小端芯轴10，最后顶出中间芯轴9。

所述的组合芯轴Ⅱ，包括大端芯轴8、中段芯轴9和小端芯轴10，三段芯轴通过锥面定位，通过螺纹连接，三段芯轴螺纹孔均采用反向螺纹，大端芯轴8尺寸与大孔设计尺寸相同；中段芯轴9长度是L1-Δ，其中L1是中间孔的设计长度，直径尺寸与设计尺寸相同；小端芯轴10长度是L2+δ，其中L2是小孔设计长度，δ为芯轴长度余量，取值范围10～20mm，直径尺寸与设计尺寸相同。