柔性薄壁回转体工件的加工技巧研究

刘蓉芳 邵 鹏 邵建伟

(杭州汽轮机股份有限公司，浙江 杭州 310022)

柔性薄壁工件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁工件刚性差，在加工中极易发生变形，使工件的形位误差增大，不易保证工件的加工质量。透平汽轮机中蒸汽滤网是一个过滤蒸汽的重要零件(如图1)，因工作时承受高温蒸汽的冲击，结构上法兰1和外撑筋6起到定位作用，以减轻冲击力对滤网焊缝强度的影响。此工件是典型的薄壁回转体工件，由壁厚为3mm的不锈钢滤网板，通过卷圆拼焊形成，本文以此为例。

1 加工技巧研究

1.1 零件特征分析

如图1，本工件的机加工部位为:法兰1的外圆、厚度尺寸;3条外撑筋6的外圆尺寸。该工件主要特点有以下两点:

(1)工件整体尺寸较大，直径D约为1000mm，长度L为2000mm。

(2)整个工件刚性极差，外撑筋6的板厚只有7mm，且毛坯件时悬臂伸长约为150～200mm。

1.2 加工难点

本工件的主要特点有以下2点:

(1)法兰1加工时如何装夹的问题。

(2)3条外撑筋6加工外圆时刚性不足和如何测量的问题。

1.3 常规加工思路

(1)各件焊接前，法兰1内外圆先车准。

(2)各件焊接在一起后，在法兰1外圆上焊接4条辐射状钢板条(装夹用)，钢条上开螺柱孔。

(3)在龙门铣上用垫箱垫等工装垫起钢板条，用螺柱固定工件，铣准法兰1下平面及钢板条下平面。

(4)法兰1底面置于立车工作台上，用螺柱将钢板条及整个工件固定在工作台上，车准法兰1上平面。

(5)外撑筋6外圆D1±0.1按相配内孔配作，打磨准。

由此可见，按常规的加工方法，需要一台立车和一台龙门铣床，且龙门铣加工法兰1下平面时需要用等高垫箱垫，立车装夹时也需要设计专用定位工装，因为此工件是单件小批量生产，这样致使生产成本大大增加，加工周期也大大加长。

1.4 非常规加工技巧研究

显然常规的加工方法不是很合适，本文考虑需要增添辅助的工艺结构，如图2所示，采用此方法后就可以用普通的卧车加工方式，一次装夹，完成所有加工，既经济又简便，下文将详细介绍。

(1)工件顶部点焊一个圆形顶尖闷板，作为机床尾架顶尖顶住用。

(2)工件底部内孔点焊一个十字撑筋，撑筋外侧再焊接一段100mm长的钢管，作为机床卡爪夹持用。

(3)工件外圆上的三条筋板用工艺撑筋点焊联接起来，解决D1±0.1外圆加工时刚性不足的问题。

(4)工件外圆上的三块筋板的其中一处在对称位置点焊一条工艺测量用筋板，车削D1±0.1外圆时一同加工出，解决该外圆的测量困难问题。

1.5 具体加工工序

(1)滤网外表面2、滤网内表面4及闷头3焊接成一体并整形后，实测滤网外表面2下端外圆后，配车准法兰1内孔并按图焊接成一体(因为滤网外表面2卷圆拼焊后底部内孔直径很难与法兰1内孔尺寸吻合)。

(2)按图2所示在法兰1内孔处焊上十字撑筋及钢管，注意撑筋的厚度及焊点的高度应低于法兰成品的厚度尺寸，避免加工干涉。撑筋中心位置处焊接一段钢管，当机床卡爪夹持后，留有可加工法兰下端面的进、退刀空间即可。

(3)滤网外表面2顶部焊接一个圆形闷板，用于加工中心孔后供卧车一夹一顶装夹用。

(4)焊接一块和外撑筋6相同的辅助筋板，用于测量3条筋板的外圆。同时为了增加外撑筋6车削时的刚性，另外加焊两条弧形筋板，注意筋板的外圆不能超过外撑筋6的外圆。

(5)按焊前粗加工后的法兰外圆为基准，划出上端顶部工艺闷板上十字中心线及φ20mm孔线。

(6)在大钻上钻准工艺闷板上中心孔。

(7)上卧车，夹下端钢管部分，顶住上端工艺闷板上中心孔，一刀落车准法兰1上下两厚度面及外圆，车准外撑筋6筋板外圆，并检验各尺寸。

(8)钣金工去除各工艺辅助筋板，打磨工件表面各焊点后即完成本件制作加工。

注意:(2)、(3)、(4)道工序为本工艺的关键工序。

1.6 小结

增加辅助工艺结构，具有以下几个优点:

(1)简化了工件的装夹。

(2)节省了占用机床时间，只需1台普通卧车即可，降低生产成本，缩短生产周期。

(3)省去工件加工时所需专用工装，并降低成本和工装设计、制造周期。

(4)解决局部加工刚性不足问题，方便了加工与测量。

(5)省去了外撑筋6筋板的打磨配作过程，保证了图纸要求。

2 结语

大多数薄壁工件由于壁薄体大，受夹紧力影响容易变形，造成装夹及加工上的困难，若用专用工装夹具来解决加工问题会大大增加生产成本，再加上有时工件数量是单件小批量的限制，非常不经济。如果转换思路，从增加辅助工艺结构为切入点，则可以巧妙地解决这些难点，达到事半功倍的效果，并由此举一反三，得到更多启迪。

［1］李艳梅，周海.一种细长薄壁筒形零件的加工方法［J］.制造技术与机床，2012(4):104－107.

［2］张玉峰.薄壁环形件加工工艺方法的探讨［J］.制造技术与机床，2009(8):94－95.