【摘要】：介紹一種高精密法蘭盤加工（gōng）方法。著重分析零件的材料特性和結構特征，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、裝夾方式（shì）改（gǎi）進和（hé）殘餘應力去除等措施，運用（yòng）不同的方法對（duì）加工（gōng）過程中的切削量和切削力進行控製，同時（shí）采用機床調（diào）整（zhěng）和（hé）消除振動等手段，滿足了法蘭盤零件自身的精度要求和（hé）裝配性能，實現組件產品應有的功能。

      圖 1 為法蘭盤（pán）軸承整體結構。法蘭盤是法蘭盤軸承實現小遊隙和自調心功能的重要零部件，其自身的尺（chǐ）寸精度和幾何公差對整個軸承的（de）使用功（gōng）能起著決定性作用。法（fǎ）蘭盤內球麵的加工精度和（hé）安裝孔位的定位精度，直接（jiē）決定了軸承的使用壽（shòu）命和性能，同（tóng）時影響裝配後與整個軸承的調心能力的強弱和（hé）偏轉力矩的大小。而調心能力、偏轉力矩和遊隙大小直接影響組件功能的實現。為了（le）滿足法蘭盤軸承（chéng）的整體功（gōng）能需求，提（tí）高自身精度等級，設計（jì）人員對法蘭盤的機械加工提出了（le）更加嚴苛的要求。

      法蘭盤零件結構如圖 2 所示，材料為 17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb），屬（shǔ）於馬氏體沉（chén）澱硬化型不鏽鋼，相（xiàng）對於普通不鏽鋼而言，其具有較高的耐蝕性及優良的冷熱加工性能，適於製作有某些特殊使（shǐ）用要求的（de）高品質產品。法蘭盤最大外徑達 97mm，而最薄處（chù）壁厚僅 1.4mm，同時要求平麵度（dù） 0.003mm，表麵粗糙度值 Ra=0.63μm。

      而法蘭與軸承外圈的配合（hé）麵 SφC 0 -0.007mm，需要（yào）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，一起滿足定位孔（kǒng） φ0.02mm 同軸度和位置度的包容要求。分析可知，大切削量條件下，保證各個尺寸的位置精度和幾（jǐ）何公差是法（fǎ）蘭盤加工（gōng）的難點，為滿足各個尺寸自身的平麵度和表（biǎo）麵粗（cū）糙度條件，加工過程中（zhōng）切削參數的（de）選擇就顯得尤為重要（yào）。 

 

  

      法（fǎ）蘭盤零件坯料為 17-4PH 馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼，加工過程中需要切削去（qù）除較多原材料。車削加工完畢後，剩餘的產品自身內部結構變化較（jiào）大，原有的（de）應力平衡遭到破壞，工件內（nèi）部（bù）殘餘應力導致（zhì）產品嚴重（chóng）變形，尺寸嚴重超差，甚至工件報廢。

      法蘭盤為（wéi）航空航天（tiān）領（lǐng）域的高精度薄壁零件，材料在加工過（guò）程中去（qù）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（de）不斷進（jìn）行，也一直處於不斷變動之中。材料的去（qù）除過程（包括車削和銑削加工）產生的（de）變形和加工（gōng）振動在不斷變化，會同時導致零件的輪廓要素和中心要素的幾何精度同步變差，這也嚴重影響了（le）薄壁零件整體使用性能。

      法蘭盤為典型的高精度薄壁類環形兼具左右對稱和中心對稱的零（líng）件，中間（jiān）有幾何精度要求較高的安裝孔（kǒng），安裝麵平麵度和表麵粗糙度要求較高。如果使用（yòng）傳統的徑向裝夾，由於零件（jiàn）壁厚（hòu）最薄處僅 1.4mm，因此（cǐ）徑向力會導致（zhì）法蘭（lán）盤徑向尺寸超差。

      若在零件粗加工階段，使（shǐ）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（zhuāng）夾進行內徑打孔和擴孔，再進行小外徑的切削，通過熱處理應力（lì）釋放後，再進行後續零件半精加工和精加（jiā）工，可以保證應力釋放條件下零件的加工精（jīng）度（dù） ; 若采用磁力吸盤和（hé）定位銷釘配合裝夾的方式，能夠實現軸（zhóu）向壓緊的無（wú）徑向力裝夾（jiá）方式，可以大大減小加工過程中由（yóu）於（yú）裝夾力產（chǎn）生的法蘭盤徑向形（xíng）變，提高（gāo）機械加工的尺寸（cùn）精度（dù）和幾何（hé）精（jīng）度，保證零件加工的（de）最終效果。

      （1）應用磁（cí）力吸盤和徑向銷（xiāo）釘定（dìng）位方式進行裝夾法蘭盤在精加（jiā）工滾道時，采用（yòng）磁力吸盤吸附、徑向壓緊銷釘定位的裝夾方式（見圖 3），由於能夠很好地減小零件在加工（gōng）過程中承受的徑（jìng）向作用力，因（yīn）此也就減小了法蘭盤零件的徑向形變，從而（ér）能夠（gòu）提高機械加工（gōng）的精度，尤其是同軸度的改（gǎi）善較為明顯。圖（tú） 4、圖 5 分別（bié）為該零件在現有裝夾方式下，在機床上高（gāo）速旋轉的情況下的有（yǒu）限元應變和應力分析（xī）。從分析結果可（kě）以（yǐ）看出，該裝夾（jiá）方式的最大位（wèi）移（yí）值處在中間孔的下邊緣處，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（jǐn）為0.74MPa，由此可以得出結論:該裝夾方式對精度影響很小。

 

 

 

 

     （2）加工機床、刀具及切削（xuē）用量的選擇該產品原材料為 17-4PH 馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼，為了保證良好的切削性能，粗車後對產品進行調質熱處理，經過調質後的零件硬度為32~34HRC，屬於 “硬車（chē）” 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選擇 從零件自身的特點進行（háng）分析，由於零件為不完整的（de）環形，因此為了保證（zhèng）加工過程中旋轉工件的穩定性和減小振動值，先精車法蘭（lán）盤各部位至（zhì）成（chéng）品（pǐn）尺寸，再加工銷釘孔和安（ān）裝缺口（kǒu），最後通過線（xiàn）切割去除75°以外的環形餘量，既避免了斷續車削帶（dài）來的振動和（hé）刀（dāo）具破損，同時又能在切割（gē）餘量去除前加工出銷釘孔進行徑向（xiàng）限位。為保證加工效率和加工精度，均衡考慮，在（zài）粗加工後進（jìn）行淬火和高溫回（huí）火（調質處理），在滿足產品力（lì）學性能要求的同時，提高（gāo）硬車削的表麵質量。考慮到變形和切削效率的雙重（chóng）因素，經多批次工藝試驗比對，將硬車削餘量控製在 0.5~1mm。尤其是在精加工（gōng）內球麵 SφC 時，既要保證（zhèng） Ra=0.2μm 的表麵（miàn）粗糙度和 0.002mm 的圓度，又要保證切削（xuē）餘量在0.2~0.8mm。法蘭盤待精車狀態如圖 6 所示。

     （2）加工殘餘應（yīng）力的去（qù）除 法蘭盤零件在粗加工後，內部會產生很大的殘餘應力，一方麵影（yǐng）響材料的（de）屈服強度，另（lìng）一方麵由於應力釋放而（ér）影響後續工序的加工精度。由於如果不去除殘餘應力，則在其緩慢釋放（fàng）的過程中，會對產（chǎn）品整體的性能造成很大的影響和危害（hài），因（yīn）此在大量去除（chú）材料後，應及時進行去應（yīng）力熱處理，在精加工後進行冷熱循環處（chù）理，通過深冷和熱循環保（bǎo）證材料組（zǔ）織的穩定性。經過冷熱循（xún）環後，能有效去除殘餘應力以穩定尺寸，同時還能夠（gòu）強化（huà）法蘭盤自身的結構，提高後續表麵處理的合格率，保證產品的尺寸精度和幾何精度，以（yǐ）確保最（zuì）終的加工質量。圖 7、圖 8 分別（bié）為相同倍數下（xià）應力去除前後材料的組織成分。

     （3）加工過程的振動強度控（kòng）製 薄壁件加工精度和質量的重要影響因素為切削振動強度。加工過程中通過增加輔助支撐，使工件剛度增（zēng）大，切削力更加平（píng）衡。抑製加工振動是保證加工質量的重要方法。加工過程中，提高吸盤的電磁吸力，使法蘭（lán）盤大端麵能夠更加緊密（mì）地貼在磁力吸盤上，以提高整體剛度。經調整後多次試切，采用非（fēi）磁性（xìng）刀具，配合高濃度的切（qiē）削液，法蘭盤機械加工精度可以顯著提高。

      本文介紹了法蘭盤零件的加工方法，針（zhēn）對零件的材料和結構特點，以及加工過程中的（de）影響因（yīn）素，采取有效的工藝改進措施。通過裝夾方式的改（gǎi）進，采用磁力吸盤配合軸向定位銷安裝工件（jiàn），避免徑向裝夾力。通過（guò）試切加工對比，選用適當的切削用量，降低因裝夾應力和切削應力對工件產生（shēng）的變形影響。通過熱處理工藝調整（zhěng），粗加工（gōng）和調質處理（lǐ）後進行精加工，不僅提升零件硬度，滿足產品力學性能（néng）要求（qiú），而且增強薄壁零件的（de）自身剛度，在高速硬車（chē）削狀態下，能夠顯著提高表麵（miàn）質（zhì）量和加工質量（liàng） ; 通過（guò）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（jiā）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（xiāo）除因（yīn）設備振動對零（líng）件精度的影響。

      以上加工方法同樣適用於相近材料（9Cr18、9Cr18Mo 和 2Cr13）的法蘭盤類零件，為此提供了實（shí）用的參考和借鑒。因裝夾力導致的形變問題，可借（jiè）鑒文中磁力吸盤配合定位銷的裝夾（jiá）方式 ; 因切削量較大導致的零件變形，可借鑒文中去應力退火和冷熱循環相結（jié）合（hé）的熱處理方式 ; 外（wài）形不規則或者異形法蘭盤零件，可采用車削加工完畢後再進行輪廓線切割的加工方式，避免斷續切削造成的振動和刀具破損，從而保證（zhèng）加工精度。