【摘要】：介紹一（yī）種高精密法蘭盤加工方（fāng）法。著重分析零件的材料特性（xìng）和結構特征，以及加工過程中的影響（xiǎng）因素。通過工藝過程優化、切削參數變更（gèng）、裝夾方式改進和殘餘應（yīng）力去（qù）除等措施，運用（yòng）不同的方法對加工（gōng）過程中的切削量和切削力進行控製，同時采用機床調整和消除振動等手段，滿足了（le）法蘭盤零件自身（shēn）的精度要求和（hé）裝配性能，實現組件產品應有（yǒu）的功能。

      圖 1 為法蘭盤軸承整體結構。法蘭盤是法蘭盤軸承實（shí）現小遊隙和自調心功能的重（chóng）要零部件，其自身的尺寸精度和幾何公（gōng）差對整個（gè）軸承的使用功能起著決定（dìng）性作用。法蘭盤內球麵的加工精度和安裝孔位（wèi）的定位精度，直接決（jué）定了軸承的（de）使用壽命和性能，同時影響裝配後與整（zhěng）個軸承的調心能力（lì）的強弱和偏轉力矩的大小。而調心能力（lì）、偏轉力矩和遊隙大小直接影響組件功能的實現。為了滿（mǎn）足法蘭（lán）盤軸（zhóu）承的整體功能需求，提高自身（shēn）精度等級，設（shè）計人員對法（fǎ）蘭盤的機（jī）械加工提出了更加嚴（yán）苛的要求。

      法（fǎ）蘭盤零件結構如圖 2 所示，材料為（wéi） 17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb），屬於馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼，相對於（yú）普通不鏽鋼而言（yán），其具（jù）有較高的耐蝕性及優良的（de）冷熱加（jiā）工性能，適於製作有某些特殊使用要求的高品質產品。法蘭盤最大外徑達 97mm，而最（zuì）薄處壁厚僅 1.4mm，同（tóng）時要求平麵（miàn）度 0.003mm，表麵（miàn）粗糙度值 Ra=0.63μm。

      而法蘭與軸承外圈的配合麵 SφC 0 -0.007mm，需（xū）要在滿足自身精度和表麵粗糙度值R a=0.2μm的同時，與 φ（A±0.02）mm 互為基準，一起滿（mǎn）足定位孔 φ0.02mm 同軸度和位置度的包容（róng）要求。分析可知，大切削量（liàng）條件下，保證各個尺寸的位置精度和幾何公差（chà）是法（fǎ）蘭（lán）盤加工的難點，為滿足各個（gè）尺（chǐ）寸自身的平麵度和表麵粗（cū）糙度條件，加工過程中切削（xuē）參數的選（xuǎn）擇就顯得（dé）尤為重（chóng）要。 

 

  

      法（fǎ）蘭盤零件坯料為 17-4PH 馬氏體沉澱硬（yìng）化型不鏽鋼，加（jiā）工過程中需要切削去除較多原材料。車削加工完畢後，剩餘的（de）產品自身（shēn）內部結構變化（huà）較（jiào）大，原有的應力平衡遭到破壞，工件內部殘餘應力導致產品嚴（yán）重變形，尺寸嚴重超差，甚至工件報廢。

      法（fǎ）蘭盤為航空航天領域的高精度薄壁零件，材料在加工過程中（zhōng）去除較多，同時對表麵質量要求極高。薄壁產品自身的剛度隨著車削過程的不斷進行，也一直處於不斷（duàn）變動之中。材料的去除過程（包括車削和銑削加工）產（chǎn）生的變形和加工振動在不斷變化，會同時導致零件的輪（lún）廓要素和中心要素的幾何精度同步變差，這也嚴重影響（xiǎng）了薄壁零件整體使用性能（néng）。

      法蘭盤為（wéi）典（diǎn）型的高精度（dù）薄壁類（lèi）環形兼具（jù）左（zuǒ）右對稱和中心（xīn）對稱的零件，中間有幾何精度要（yào）求較高的安裝孔，安裝麵平麵度和表麵粗糙（cāo）度要求（qiú）較高。如果使用傳統的（de）徑向裝夾，由於零件壁厚最薄處僅 1.4mm，因此（cǐ）徑（jìng）向力會導致法蘭盤徑向（xiàng）尺寸超差（chà）。

      若在零件粗加工階段，使用退火處理後的棒料，將外（wài）徑和端麵光整後裝夾外徑，一次裝夾進行內徑打孔和（hé）擴（kuò）孔，再進行小外徑的切削，通過熱（rè）處理（lǐ）應力釋放後，再進行後續零件半精加工和精加工，可以保證應力釋放條件下（xià）零（líng）件的加工精度 ; 若采用磁力吸盤和定位銷釘配合裝夾的方式（shì），能（néng）夠實現軸向壓緊的無徑向力裝夾方式，可以大大減小加（jiā）工過程中由（yóu）於裝夾力產生的法蘭（lán）盤徑向形變，提高機（jī）械加工的尺寸精（jīng）度和幾（jǐ）何精度（dù），保證零件加工的最（zuì）終效果。

      （1）應用磁（cí）力吸盤和徑向銷釘定位方式進行裝夾法蘭盤（pán）在精加工滾道時，采用（yòng）磁力吸盤吸（xī）附、徑（jìng）向壓緊銷釘定位的裝夾方式（見圖（tú） 3），由於能夠很好地減（jiǎn）小零件在加工過程中承受的徑向作（zuò）用力，因此也就減小了法蘭盤（pán）零件的徑（jìng）向形變，從而能夠提高機械加工（gōng）的精度，尤其是同軸度的改善較為明顯。圖 4、圖 5 分別（bié）為該零件在現有裝夾方式下，在機床（chuáng）上高（gāo）速（sù）旋轉的情況下的有限元應變和應力分析。從分析結果可（kě）以看出，該裝夾方式（shì）的最大位移值處在中間孔（kǒng）的下邊緣處，位移的最大量約為 0.1μm，夾持和旋轉在滾道內側共同產生的應力僅為0.74MPa，由此可以得出結（jié）論:該裝夾方式對精度影響（xiǎng）很小。

 

 

 

 

     （2）加工機床、刀具及切削（xuē）用量的選擇該產品（pǐn）原材料為 17-4PH 馬（mǎ）氏（shì）體沉澱硬化型不鏽鋼，為了保證（zhèng）良好的切（qiē）削性能，粗車後對產品進行調質熱（rè）處理（lǐ），經過調質後的零件硬度（dù）為32~34HRC，屬於 “硬車” 的範疇。這有利於提高零件的表麵質量和加工精度，進而實現以車代磨的目的。

 

 

      （1）加工過程和切削餘量的（de）選擇 從零件自（zì）身（shēn）的（de）特（tè）點進行（háng）分（fèn）析，由於零件為不（bú）完整的環形，因此為了保證加工過程中旋轉工件的穩定性和減小振動值，先（xiān）精車法蘭盤各部位至（zhì）成品（pǐn）尺寸，再加工銷釘孔和安裝缺口，最後通過線切割去除75°以外的環（huán）形餘量，既（jì）避免了斷（duàn）續車削帶來（lái）的（de）振動和刀具破損，同時又能在切割餘量去（qù）除前加工（gōng）出銷釘（dìng）孔進行徑向限位。為（wéi）保證加工效率和加工精度，均衡考慮，在粗加工後進（jìn）行淬火和高溫回火（調質處理），在滿足產品力（lì）學性能要求的（de）同時，提高（gāo）硬車削的表麵質量。考慮到變形和切削效率的雙重因素，經多批次工藝試（shì）驗比對（duì），將硬車削餘量控製在（zài） 0.5~1mm。尤（yóu）其是在精加工內球（qiú）麵 SφC 時，既要保證 Ra=0.2μm 的表麵粗糙度和 0.002mm 的圓度，又要（yào）保證切削餘（yú）量在0.2~0.8mm。法（fǎ）蘭盤待精車狀（zhuàng）態（tài）如圖 6 所示。

     （2）加工殘餘應力的（de）去除 法蘭盤零件在粗加工（gōng）後，內部會產生很大（dà）的殘餘應力，一方麵影響材（cái）料的屈服強度（dù），另一方麵由於應力釋放而影響後續（xù）工序的加（jiā）工精度。由於如果不去除殘餘（yú）應力，則在其緩慢（màn）釋放的過程中，會對產品整體的性能（néng）造成很大的影響和危（wēi）害，因此在大量去除（chú）材（cái）料後，應及時進行去應力熱處理，在精加工後進行冷熱循環處理，通過（guò）深冷和熱循環保證材料組織的穩定性。經（jīng）過冷熱循環後，能有效去（qù）除殘餘（yú）應力以穩定尺寸，同（tóng）時還能夠強化法蘭盤自身的結構，提高後續表麵處理的合格（gé）率，保證（zhèng）產品的（de）尺寸精度和幾何精度，以確保最終的加（jiā）工質量（liàng）。圖 7、圖 8 分別為相同倍數下應力去除前後材料的組織（zhī）成分。

     （3）加工過（guò）程的（de）振動強度控製 薄壁件加工（gōng）精（jīng）度和質量的（de）重要影響因素（sù）為切削振動強度（dù）。加工過（guò）程中通過（guò）增加輔（fǔ）助支撐，使工件剛度增大，切削力更加平衡。抑製加工振動是保證加工質量（liàng）的重（chóng）要方法。加工過程中，提高吸（xī）盤的電磁吸力，使法（fǎ）蘭盤大端麵能夠更加緊密地貼在磁力吸盤上，以提高整體剛度。經（jīng）調整後多（duō）次（cì）試切，采用（yòng）非磁性（xìng）刀具，配合（hé）高濃度的切削液，法（fǎ）蘭盤機械（xiè）加工精度可以顯著提高。

      本文介紹（shào）了法蘭盤零件的加工方法（fǎ），針（zhēn）對零件的材料和結構特點，以（yǐ）及加工過（guò）程中的影響因素，采取（qǔ）有效的工藝改進措施（shī）。通過裝（zhuāng）夾（jiá）方式的改進，采用磁力吸盤配合軸向定位銷安裝工件，避免（miǎn）徑向裝夾力。通過試切加（jiā）工對比，選用適當的切削用量，降低因（yīn）裝夾應力和切削應力對（duì）工件產生（shēng）的變形（xíng）影響。通（tōng）過熱處（chù）理工藝調整，粗加工和（hé）調質處理後進行精加工，不僅提（tí）升（shēng）零件硬度，滿足產（chǎn）品力學性能要求，而且（qiě）增強（qiáng）薄壁零件的自身剛度，在高速硬車削狀態下，能夠顯著提高表麵質量（liàng）和加工質量 ; 通過調整加工過程中的切削餘量，合理分配尺寸公差，保證零件加工精度 ;通過增加磁力吸盤的線圈，增大吸附力並提高工件剛度，消除因（yīn）設備振動對零（líng）件精度的影響。

      以上加工方（fāng）法同樣適用於（yú）相（xiàng）近材料（9Cr18、9Cr18Mo 和 2Cr13）的法蘭盤類零件，為此提供了實用的參考和借（jiè）鑒。因裝夾力導致的形變（biàn）問題，可借鑒文中磁力吸盤配合定位銷的裝夾方式 ; 因切削量較大導致的（de）零件變形（xíng），可借鑒文中去應（yīng）力退火和冷熱循環相結合的熱處理方式 ; 外形不規則或者異形法（fǎ）蘭盤零件，可采用車削加工完（wán）畢後再進行輪廓（kuò）線切割的加工方式（shì），避免斷（duàn）續切削造成的振動和刀（dāo）具破損，從而保證加（jiā）工精度。