【摘（zhāi）要】：介紹一種高（gāo）精（jīng）密法蘭盤加工方法。著重分析零件的材料（liào）特性和結構特征，以及加工過程（chéng）中的影（yǐng）響因（yīn）素。通過（guò）工藝過程優化、切削參數變（biàn）更、裝（zhuāng）夾方式改進和殘餘應力去除等措施，運用不（bú）同的方法對加工過程（chéng）中（zhōng）的切削量（liàng）和切（qiē）削力進行控製，同時采（cǎi）用機床調整和消除振動等手段，滿足了法蘭盤零件自身的精度要求和裝配（pèi）性能，實現（xiàn）組件產品（pǐn）應有的功能。

      圖 1 為法蘭盤軸承整體結構。法蘭（lán）盤是法（fǎ）蘭盤軸承實現（xiàn）小（xiǎo）遊（yóu）隙和自調心（xīn）功能的重要零部件，其自身的尺寸精度和幾何公差對整個軸承的使（shǐ）用功（gōng）能起著決定性（xìng）作用。法（fǎ）蘭盤內球（qiú）麵的（de）加工（gōng）精度（dù）和安裝孔位（wèi）的定位（wèi）精度，直（zhí）接決（jué）定了軸承的使用壽命和性能（néng），同時影響裝配後與整個軸承的調心能力的（de）強弱和偏轉力（lì）矩的大小（xiǎo）。而調心能力、偏轉力矩和遊隙大小直接影響組件功（gōng）能的實現（xiàn）。為了滿足（zú）法蘭盤軸承的整體（tǐ）功（gōng）能需求，提（tí）高自身（shēn）精度等級，設計人員對法蘭盤的機械加工提出了更加嚴苛的（de）要求。

      法蘭盤零件結構如圖 2 所示，材料為 17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb），屬於馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼，相對於普通不鏽鋼而言，其具（jù）有較高的（de）耐蝕性及優（yōu）良的冷熱加工性能，適於（yú）製作有某些特殊使用（yòng）要求的高品質產品（pǐn）。法蘭盤最大外徑達 97mm，而最薄處壁（bì）厚僅 1.4mm，同時要求（qiú）平麵度 0.003mm，表麵粗糙度值 Ra=0.63μm。

      而法蘭與軸承外圈的配合麵 SφC 0 -0.007mm，需要在滿足自身精度和表麵粗糙（cāo）度值（zhí）R a=0.2μm的同時，與 φ（A±0.02）mm 互為基準，一起滿足定位孔 φ0.02mm 同軸度和位置度的包容要求（qiú）。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（shì）法蘭盤（pán）加工（gōng）的難點，為滿足各個尺寸自身的（de）平麵度（dù）和表麵粗糙度（dù）條件，加工過程中切削參數的（de）選擇就顯得尤為重要。 

 

  

      法蘭（lán）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除（chú）較多原材料。車削加工（gōng）完畢（bì）後，剩餘的產品自身內部結構變化（huà）較大（dà），原（yuán）有的（de）應力（lì）平（píng）衡遭到破壞，工件（jiàn）內部殘餘應力導致產品嚴重變形，尺寸嚴重超差，甚至工（gōng）件報廢。

      法蘭盤為航空航天領域的高精（jīng）度薄壁零件，材料在加工過程中去（qù）除較多，同時（shí）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（háng），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（xǐ）削加工）產生的（de）變形和加（jiā）工振動在不斷變化，會同時導致零件的輪（lún）廓要素和（hé）中心（xīn）要素的幾何精度同步變差，這也嚴（yán）重影響了薄壁零件整體使用性能。

      法蘭盤為典型（xíng）的高精度薄（báo）壁類環形兼（jiān）具左右對稱和中心對稱的零件（jiàn），中間有幾何精度（dù）要求較高的安裝（zhuāng）孔，安（ān）裝麵平麵度（dù）和表麵粗糙度（dù）要求（qiú）較高。如果使用傳統（tǒng）的（de）徑向（xiàng）裝夾，由於零件壁厚最薄處僅 1.4mm，因此徑（jìng）向力會導致法（fǎ）蘭盤（pán）徑向尺寸超差。

      若在零件粗加工階段，使用退火處（chù）理後的棒料，將外徑和端麵光整後裝（zhuāng）夾（jiá）外徑，一次（cì）裝夾進行內徑打孔和擴孔，再進行小外徑的（de）切削，通過熱（rè）處（chù）理應力釋放後，再（zài）進行後續零件半（bàn）精加（jiā）工和精加工，可以保證應力釋放條件下零件的加工精度 ; 若采用磁力（lì）吸盤和定（dìng）位銷（xiāo）釘配（pèi）合裝夾（jiá）的方（fāng）式，能夠實（shí）現軸向壓緊的無徑向力裝夾方式，可以大大減小加工過程中由於裝夾力產生的法（fǎ）蘭盤徑向形變，提高機械（xiè）加工的尺寸（cùn）精度和幾何精度，保證零（líng）件加工的最終效（xiào）果。

      （1）應用磁力吸盤和（hé）徑向銷釘定位方式進行裝夾法蘭盤在精加（jiā）工（gōng）滾道時，采用磁力（lì）吸盤吸附、徑向壓（yā）緊銷（xiāo）釘定位（wèi）的裝夾方式（見圖 3），由於能夠很好地減小零件在加工過程中（zhōng）承受的徑向作用力，因此（cǐ）也就減（jiǎn）小了法蘭盤零件的徑向形變，從（cóng）而能夠提高（gāo）機械加工（gōng）的精度，尤其是同軸度的改善較為明顯。圖（tú） 4、圖 5 分（fèn）別（bié）為該零件在現有裝夾（jiá）方式下，在機床上高速旋轉的情況下（xià）的有限元應變（biàn）和應力分（fèn）析。從（cóng）分析結果可以看出，該裝夾方（fāng）式（shì）的（de）最大位移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（zhuǎn）在滾道（dào）內側共同（tóng）產生的應力僅為0.74MPa，由此可以得出結論:該（gāi）裝夾方式對精度影響很小。

 

 

 

 

     （2）加工機床、刀具及切削用量的選擇（zé）該產品原材料為 17-4PH 馬氏（shì）體沉澱硬化型不鏽（xiù）鋼，為（wéi）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” 的範疇。這有利於（yú）提高零件的表麵質量（liàng）和加工精度，進（jìn）而（ér）實現（xiàn）以車（chē）代磨的目的。

 

 

      （1）加工過程和切削餘量的（de）選擇 從零件自身的特點進行分析，由於零件為（wéi）不完整的環形，因此（cǐ）為了保證加工過程中旋轉工件的穩定（dìng）性和減小振動值，先精車法蘭盤各部位至成（chéng）品尺寸，再加工銷釘孔和安裝缺口，最後通過線切（qiē）割（gē）去（qù）除75°以外的環形餘量，既（jì）避（bì）免了斷續車削帶來的振動和刀具破損，同（tóng）時又（yòu）能（néng）在切（qiē）割餘量去除前加工出銷釘孔進行徑向限位。為保證加工效率和加工精度，均衡（héng）考慮，在粗加工（gōng）後進行（háng）淬火和高溫回火（調質處理），在滿足產品力學性能要求的同時，提高硬車削的表麵質量。考慮到變形和切削效率的雙重因素，經多批次（cì）工藝試驗比（bǐ）對，將（jiāng）硬車削餘量控製在 0.5~1mm。尤其是（shì）在精加（jiā）工（gōng）內球麵 SφC 時，既要保證 Ra=0.2μm 的表麵（miàn）粗糙度和 0.002mm 的圓度，又要保證切削餘量在0.2~0.8mm。法（fǎ）蘭盤待精車狀態如圖 6 所示。

     （2）加工（gōng）殘餘應力的（de）去除 法蘭盤零（líng）件（jiàn）在粗加工後，內部會產生很大的殘（cán）餘應力，一方麵影響材料的屈服強度，另一方麵由於應力釋放而影（yǐng）響後續（xù）工序的加工精（jīng）度。由於如果（guǒ）不去除（chú）殘餘應力，則（zé）在（zài）其緩慢釋放的過程中，會（huì）對產品整（zhěng）體的性能造成很大的影響和危害，因此在大量去除材料後，應（yīng）及時進行去應力熱處理，在精加工後進行冷熱循（xún）環處理，通過深冷和熱循環保（bǎo）證材料組織的穩定性。經過冷熱循環後，能（néng）有效去除殘（cán）餘應力以穩定尺寸，同時（shí）還能夠強化法蘭盤自身（shēn）的結構，提高後續表麵處（chù）理的合格率，保證（zhèng）產品的尺寸精度和幾何精（jīng）度，以確保（bǎo）最終（zhōng）的加工質量。圖 7、圖 8 分別為相同倍數下應（yīng）力去除前後材料的組織成分。

     （3）加工過程的振動強度（dù）控製 薄壁件（jiàn）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，使工件剛度增大，切削力更加平衡。抑製加工振動是保證（zhèng）加工（gōng）質（zhì）量的重要方法。加（jiā）工過程中（zhōng），提高吸盤的電磁（cí）吸力，使法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。經調整後多次試切，采用非（fēi）磁性（xìng）刀具，配合（hé）高濃度的切削液，法蘭盤機械加工精度可以顯著提高。

      本文介紹了法蘭盤（pán）零（líng）件的加工（gōng）方（fāng）法，針（zhēn）對零件的材料（liào）和結構特點，以（yǐ）及加工過程中的影響因素，采取有效的工藝改進（jìn）措（cuò）施。通過裝夾方式（shì）的改進，采用磁力吸盤配合軸向定位銷安裝工件，避免徑向裝夾力。通（tōng）過試切加工對比，選用適當的切（qiē）削用量（liàng），降低因裝夾應力和切削應力（lì）對工件產生的變形影響。通過熱處理工藝調整，粗加工和調質處理後進行精加工，不僅提升零件硬（yìng）度，滿足產（chǎn）品力學性能要求，而且（qiě）增（zēng）強薄壁零件的（de）自身剛度，在高速硬車削狀態下，能夠顯（xiǎn）著提高表麵質量和加工質量（liàng） ; 通（tōng）過調整加工過程中的（de）切削餘量，合理分配（pèi）尺寸公差，保證零件加（jiā）工精度 ;通過增加磁力吸盤的線（xiàn）圈，增大吸附力並提（tí）高工件剛度，消除因設備振動對零件精（jīng）度的影響。

      以上加工方法同樣適用於相（xiàng）近材料（9Cr18、9Cr18Mo 和（hé） 2Cr13）的法蘭盤類零件，為此提供了實用的參（cān）考和借鑒。因裝夾力導（dǎo）致（zhì）的形（xíng）變問題（tí），可借（jiè）鑒文中（zhōng）磁力吸盤配合（hé）定（dìng）位銷的裝夾方式（shì） ; 因切削量較（jiào）大導致（zhì）的零件變形（xíng），可借鑒文中去應力退火和冷熱循環相結合的熱處理方式 ; 外形不規（guī）則或者異（yì）形法蘭盤零件，可采（cǎi）用車削加工完畢後再（zài）進行輪廓線切割的加工（gōng）方式，避免斷續切削造成的振動和刀具破損，從而保證加工精度（dù）。