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[摘 要]随着航空航天技术的不断发展，尤其是近年来航空发动机对结构尺寸及推重比的要求更为严格。具有重量轻、结构紧凑、耐高温等特点的高温合金薄壁类零件，在航空航天行业得到了广泛的应用。高温合金具有硬而韧的特性，加之导热能力差、断屑困难，机械加工能力极差。大直径薄壁及花边等结构造成该类零件对切削力、切削热、夹紧力及工艺系统的整体刚性都极其的敏感。为保证航空类零件极为严格的尺寸要求及技术条件，必须在零件的整个生产周期内通过制定合理的工艺路线和选择适宜的工艺装备及制造方法，对零件的变形进行控制及修正。
中图分类号：TP673 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0105-02
0引言
高温合金按基体金属可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。GH4169合金是以体心四方和面心立方沉淀强化的镍基高温合金，在650℃下，屈服强度高、塑性好，其有良好的焊接性能，成塑性好，有较高的耐腐蚀性和高温抗氧化性能。但是，在机加工中，钼、钛、铌等元素使刀具极易磨损、破损，在机加工中易划伤，严重影响表面质量，降低生产率，增加生产成本，导热性低，加工硬化严重，难于断屑，切削时与刀具粘结现象严重，后刀面磨损及前刀面月牙洼磨损严重，切削非常困难。
高温合金在加工过程中存在以下的特点：
（1）加工塑性变形较大：零件材料中存在的大量的奥氏体组织使零件的塑性变形较大；
（2）加工切削力大：受材料特性影响，在较高的温度下，材料仍具有较高的机械性能，使得零件在加工过程中所受的切削力较大。一般情况下，切削高温合金的切削力要比切削碳钢的切削力大2倍以上；
（3）加工过程中加工硬化现象严重：在一般温度下，高温合金的塑性变形较大，这使零件已加工表面的加工硬化现象较为严重。一般情况下，在切削加工高温合金的过程中，加工过的零件表面的硬化程度要比基体的硬度高50%以上；
（4）加工表面切削温度高，刀具磨损严重：在切削加工高温合金零件的过程中，产生较大的塑性变形，会使刀具与零件之间的摩擦增大，切削力也随之增大，由此产生较大的切削热。高温合金的导热系数相对较低，散热慢，切削过程中产生的热量无法排除，切削温度会继续增加。高温合金的高温强度高、加工硬化现象严重，而高温合金中存在的金属氮化物、碳化物等构成硬质点，使刀具磨损较为严重。因切削力大、切削热高，在高温作用下，刀具与切屑粘结产生粘结磨损。刀具材料中的某些合金元素向零件及切屑中扩散，造成扩散磨损。
根据高温合金的材料性质及特点，在加工过程中应尽可能的降低切削温度，保持刀刃的锋利以减小加工硬化现象，提高工艺系统的刚性。在切削加工的过程中，要选择合适的刀具材料、刀具结构、选用合理的加工参数。
1零件工艺性分析及工艺路线的制定
1.1毛坯的选择
为保证零件所需的机械性能及无损探伤要求，零件采用环形锻件作为毛坯。
材料去除率可达60%以上，高比例的金属去除必然导致锻件内残余应力的重新分布，直接导致零件的翘曲及各工作表面的失效。如不进行控制将严重影响零件的最终质量，在加工中必须分别在粗加工及半精加工后各安排一次消除应力热处理，且第二次消除应力热处理应选择在较高的温度下进行，以最大程度减轻因残余应力释放对零件最终尺寸造成的影响。同时在每次消除应力热处理后安排相应的修复工序，以消除热处理后零件变形对后续加工的影响。
1.2零件加工中基准的选择
零件的精基准选择及加工極其重要，合理的定位基准可以最大程度的减轻因夹紧力引起的零件翘曲。同时合理的基准及装夹位置可保证零件具有足够的刚性，配合合理的走刀路线及工艺参数，可将零件因切削力引起的变形控制在最小。
1.3零件加工中特种工艺的安排
为保证零件的最终机械性能，防止因锻造及加工缺陷导致的零件失效，需要在零件加工的不同阶段安排超声波探伤、腐蚀检查、荧光检查等无损检测对零件进行控制。
根据零件设计图纸及验收要求，首先需要在粗车工序结束后，安排超声波检测工序。在超声波检测工序之前，零件所有表面的粗糙度均应达到1.6μm以上，并且零件所有表面的加工余量均应控制在3.5mm以上，以避开超声波盲区，影响超声波检查结论。在精车前按专用技术文件对零件进行腐蚀检查，目的是对零件近表面的缺陷进行检查。所以腐蚀检查工序安排在半精加工工序之后，精加工工序之前。在进行腐蚀工序之前，所有表面的粗糙度应达到1.6μm以上，并且表面的加工余量均在0.5mm～1mm左右。在所有表面加工完成之后，最终检验前需要按专用技术文件对零件进行荧光检验，以检查零件表面不允许有任何冶金缺陷。
1.4保证加工质量采取的控制措施：
1）加工过程中每调用一个新程序，操作者、工艺人员对调用的程序进行校对，保证加工程序的正确性。
2）每次更换刀具或刀片，都要在零件上重新对刀，保证对刀值的一致性，接刀表面圆滑转接。
3）每加工一次表面，操作者，工艺人员共同进行检查，并于在机床上对给定的刀补值进行校验，以便根据测量值进行调整。
4）每循环加工一次表面，操作者、工艺人员检查刀具磨损情况，决定换刀点和换刀次数。
5）在加工时不同刀具应在同一表面对刀，以减少对刀误差。
1.5工艺路线及加工余量分配
结合设计图纸要求及借鉴其它类似零件工艺路线，拟定最终工艺路线为：
车超声波表面——超声波探伤——粗车——第一次消除应力热处理——修复基准——半精车——腐蚀检查——第二次消除应力热处理——修复基准——精车基准——钻镗孔——精车大端——铣加工——荧光检验——静平衡
精加工及半精加工的加工余量均为1mm，在保证零件余量足够的情况下最大限度的减少精加工阶段的工序余量。较小的余量不仅可降低去除余量引起的零件锻造残余应力的重新分布，还可以最大程度的降低走刀次数及每一次走刀的切削深度，降低切削力及切削热引起的零件变形。 2精加工变形控制及程序编制
2.1精基准的控制及精加工装夹要求
在精加工前，采用圆平磨磨加工零件的两端面，采用互为基准的加工方法保证零件定位表面自由状态的平面度0.03mm以下。然后以精磨表面为Z向精基准，一次加工完成安装边两侧，保证安装边两侧的平行度及单一表面的平面度。后续加工统一采用安装边两侧作为精加工基准，保证零件其他表面的尺寸要求及技术条件。零件的压紧位置统一选择安装边非定位表面一侧，压紧方式采用端面压紧，将夹紧力引起的零件变形控制在最小。采用限力扳手，保证各个压紧位置压紧力均匀，同时严格控制各压板与零件的间隙，避免零件安装边因切削力产生翘曲。
2.2车加工中零件的变形控制
合理的将整个精加工工序在一次分成粗加工、半精加工及精加工三部分。粗加工采用刀心程序去除因定位装夹需求等原因预留的工艺余量，保证零件所有表面余量均匀统一在1mm左右。选择合理的粗加工刀具及走刀路线，在保证切削深度不大于0.3mm的情况下优化程序，选择合理的进退刀路线和切削方式，避免空走刀，提高粗加工效率。半精加工及精加工因薄壁件变形原因采用轮廓程序进行加工，辐板处采用切削力小的35度菱形刀片进行仿形切削，将切削力引起的零件变形进一步降低。輻板外侧及篦齿部分受零件结构限制，无法采用菱形刀片加工，故选用R1球形刀片进行加工，在选择合理的走刀路线后保证切削深度在0.15-0.20mm之间。切削深度过大会因较大的切削力引起零件的弹性甚至塑性变形，而过小的切削量则会使刀具在表面变质层内切削，导致刀具急剧磨损影响零件质量。
2.3铣加工中零件的变形控制
该零件在安装边处为减轻零件重量，需要去除安装边出40%的材质铣出40处花边。且安装边及上面的精密孔为零件配合及定位基准，需要保证0.025mm的平面度及精密孔0.05mm的位置度。为达到以上要求，设计了专用的铣加工夹具，用2组圆柱两组菱形销子将零件准确定位后，用螺钉将零件牢靠的压紧在夹具上。程序上采用分层铣削的方式去除余量，单边预留0.3mm余量时采用两次轮廓精铣保证零件最终尺寸及表面质量。
3结束语
通过对封严环零件的工艺进行了详细的分析及介绍，通过对零件结构、材料特性等进行工艺分析，制定了合理的机械加工工艺路线、确定合理的装夹结构、确定了合理的机械加工余量，在安排工艺路线时控制加工过程中锻造内应力重新分布引起的零件变形。同时需要选择合理的定位装夹基准并保证该定位基准的加工质量，为后续零件的精加工提供精确的工艺基准。在加工过程中，选用合理的刀具材料、刀具结构进行加工验证，目前已完成零件的首批加工交付工作，对今后类似零件的工艺研究提供了参考依据。
参考文献
[1]施扬，王小梅.大直径薄壁件的加工工艺研究[J].中国新技术新产品，2012（24）：122.
[2]史献营内环封严套的加工与模具设计[J].金属加工：热加工，2015（21）：49-50.
中图分类号：TP673 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0105-02
0引言
高温合金按基体金属可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。GH4169合金是以体心四方和面心立方沉淀强化的镍基高温合金，在650℃下，屈服强度高、塑性好，其有良好的焊接性能，成塑性好，有较高的耐腐蚀性和高温抗氧化性能。但是，在机加工中，钼、钛、铌等元素使刀具极易磨损、破损，在机加工中易划伤，严重影响表面质量，降低生产率，增加生产成本，导热性低，加工硬化严重，难于断屑，切削时与刀具粘结现象严重，后刀面磨损及前刀面月牙洼磨损严重，切削非常困难。
高温合金在加工过程中存在以下的特点：
（1）加工塑性变形较大：零件材料中存在的大量的奥氏体组织使零件的塑性变形较大；
（2）加工切削力大：受材料特性影响，在较高的温度下，材料仍具有较高的机械性能，使得零件在加工过程中所受的切削力较大。一般情况下，切削高温合金的切削力要比切削碳钢的切削力大2倍以上；
（3）加工过程中加工硬化现象严重：在一般温度下，高温合金的塑性变形较大，这使零件已加工表面的加工硬化现象较为严重。一般情况下，在切削加工高温合金的过程中，加工过的零件表面的硬化程度要比基体的硬度高50%以上；
（4）加工表面切削温度高，刀具磨损严重：在切削加工高温合金零件的过程中，产生较大的塑性变形，会使刀具与零件之间的摩擦增大，切削力也随之增大，由此产生较大的切削热。高温合金的导热系数相对较低，散热慢，切削过程中产生的热量无法排除，切削温度会继续增加。高温合金的高温强度高、加工硬化现象严重，而高温合金中存在的金属氮化物、碳化物等构成硬质点，使刀具磨损较为严重。因切削力大、切削热高，在高温作用下，刀具与切屑粘结产生粘结磨损。刀具材料中的某些合金元素向零件及切屑中扩散，造成扩散磨损。
根据高温合金的材料性质及特点，在加工过程中应尽可能的降低切削温度，保持刀刃的锋利以减小加工硬化现象，提高工艺系统的刚性。在切削加工的过程中，要选择合适的刀具材料、刀具结构、选用合理的加工参数。
1零件工艺性分析及工艺路线的制定
1.1毛坯的选择
为保证零件所需的机械性能及无损探伤要求，零件采用环形锻件作为毛坯。
材料去除率可达60%以上，高比例的金属去除必然导致锻件内残余应力的重新分布，直接导致零件的翘曲及各工作表面的失效。如不进行控制将严重影响零件的最终质量，在加工中必须分别在粗加工及半精加工后各安排一次消除应力热处理，且第二次消除应力热处理应选择在较高的温度下进行，以最大程度减轻因残余应力释放对零件最终尺寸造成的影响。同时在每次消除应力热处理后安排相应的修复工序，以消除热处理后零件变形对后续加工的影响。
1.2零件加工中基准的选择
零件的精基准选择及加工極其重要，合理的定位基准可以最大程度的减轻因夹紧力引起的零件翘曲。同时合理的基准及装夹位置可保证零件具有足够的刚性，配合合理的走刀路线及工艺参数，可将零件因切削力引起的变形控制在最小。
1.3零件加工中特种工艺的安排
为保证零件的最终机械性能，防止因锻造及加工缺陷导致的零件失效，需要在零件加工的不同阶段安排超声波探伤、腐蚀检查、荧光检查等无损检测对零件进行控制。
根据零件设计图纸及验收要求，首先需要在粗车工序结束后，安排超声波检测工序。在超声波检测工序之前，零件所有表面的粗糙度均应达到1.6μm以上，并且零件所有表面的加工余量均应控制在3.5mm以上，以避开超声波盲区，影响超声波检查结论。在精车前按专用技术文件对零件进行腐蚀检查，目的是对零件近表面的缺陷进行检查。所以腐蚀检查工序安排在半精加工工序之后，精加工工序之前。在进行腐蚀工序之前，所有表面的粗糙度应达到1.6μm以上，并且表面的加工余量均在0.5mm～1mm左右。在所有表面加工完成之后，最终检验前需要按专用技术文件对零件进行荧光检验，以检查零件表面不允许有任何冶金缺陷。
1.4保证加工质量采取的控制措施：
1）加工过程中每调用一个新程序，操作者、工艺人员对调用的程序进行校对，保证加工程序的正确性。
2）每次更换刀具或刀片，都要在零件上重新对刀，保证对刀值的一致性，接刀表面圆滑转接。
3）每加工一次表面，操作者，工艺人员共同进行检查，并于在机床上对给定的刀补值进行校验，以便根据测量值进行调整。
4）每循环加工一次表面，操作者、工艺人员检查刀具磨损情况，决定换刀点和换刀次数。
5）在加工时不同刀具应在同一表面对刀，以减少对刀误差。
1.5工艺路线及加工余量分配
结合设计图纸要求及借鉴其它类似零件工艺路线，拟定最终工艺路线为：
车超声波表面——超声波探伤——粗车——第一次消除应力热处理——修复基准——半精车——腐蚀检查——第二次消除应力热处理——修复基准——精车基准——钻镗孔——精车大端——铣加工——荧光检验——静平衡
精加工及半精加工的加工余量均为1mm，在保证零件余量足够的情况下最大限度的减少精加工阶段的工序余量。较小的余量不仅可降低去除余量引起的零件锻造残余应力的重新分布，还可以最大程度的降低走刀次数及每一次走刀的切削深度，降低切削力及切削热引起的零件变形。 2精加工变形控制及程序编制
2.1精基准的控制及精加工装夹要求
在精加工前，采用圆平磨磨加工零件的两端面，采用互为基准的加工方法保证零件定位表面自由状态的平面度0.03mm以下。然后以精磨表面为Z向精基准，一次加工完成安装边两侧，保证安装边两侧的平行度及单一表面的平面度。后续加工统一采用安装边两侧作为精加工基准，保证零件其他表面的尺寸要求及技术条件。零件的压紧位置统一选择安装边非定位表面一侧，压紧方式采用端面压紧，将夹紧力引起的零件变形控制在最小。采用限力扳手，保证各个压紧位置压紧力均匀，同时严格控制各压板与零件的间隙，避免零件安装边因切削力产生翘曲。
2.2车加工中零件的变形控制
合理的将整个精加工工序在一次分成粗加工、半精加工及精加工三部分。粗加工采用刀心程序去除因定位装夹需求等原因预留的工艺余量，保证零件所有表面余量均匀统一在1mm左右。选择合理的粗加工刀具及走刀路线，在保证切削深度不大于0.3mm的情况下优化程序，选择合理的进退刀路线和切削方式，避免空走刀，提高粗加工效率。半精加工及精加工因薄壁件变形原因采用轮廓程序进行加工，辐板处采用切削力小的35度菱形刀片进行仿形切削，将切削力引起的零件变形进一步降低。輻板外侧及篦齿部分受零件结构限制，无法采用菱形刀片加工，故选用R1球形刀片进行加工，在选择合理的走刀路线后保证切削深度在0.15-0.20mm之间。切削深度过大会因较大的切削力引起零件的弹性甚至塑性变形，而过小的切削量则会使刀具在表面变质层内切削，导致刀具急剧磨损影响零件质量。
2.3铣加工中零件的变形控制
该零件在安装边处为减轻零件重量，需要去除安装边出40%的材质铣出40处花边。且安装边及上面的精密孔为零件配合及定位基准，需要保证0.025mm的平面度及精密孔0.05mm的位置度。为达到以上要求，设计了专用的铣加工夹具，用2组圆柱两组菱形销子将零件准确定位后，用螺钉将零件牢靠的压紧在夹具上。程序上采用分层铣削的方式去除余量，单边预留0.3mm余量时采用两次轮廓精铣保证零件最终尺寸及表面质量。
3结束语
通过对封严环零件的工艺进行了详细的分析及介绍，通过对零件结构、材料特性等进行工艺分析，制定了合理的机械加工工艺路线、确定合理的装夹结构、确定了合理的机械加工余量，在安排工艺路线时控制加工过程中锻造内应力重新分布引起的零件变形。同时需要选择合理的定位装夹基准并保证该定位基准的加工质量，为后续零件的精加工提供精确的工艺基准。在加工过程中，选用合理的刀具材料、刀具结构进行加工验证，目前已完成零件的首批加工交付工作，对今后类似零件的工艺研究提供了参考依据。
参考文献
[1]施扬，王小梅.大直径薄壁件的加工工艺研究[J].中国新技术新产品，2012（24）：122.
[2]史献营内环封严套的加工与模具设计[J].金属加工：热加工，2015（21）：49-50.