【摘要（yào）】：介紹一種高精密法蘭盤加工方法。著（zhe）重分析（xī）零件（jiàn）的材料特性和結構特征，以及加工過程（chéng）中的影響因素。通過工藝過程優化、切削參數變更、裝夾方式改進和殘餘應力去除等措施，運用不同的方法對加工過程中的切削量和切削力（lì）進行（háng）控製，同時采用機（jī）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（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（gòu）。法蘭盤是法蘭盤軸承實現小遊隙和自調心功能（néng）的重要零部件，其自身的尺寸精（jīng）度和幾何公差對（duì）整個軸（zhóu）承的使用（yòng）功能起著決定性作（zuò）用。法（fǎ）蘭盤內（nèi）球麵的加工（gōng）精度和安裝孔位的（de）定位（wèi）精（jīng）度，直接決定了軸承的使用壽命和性能，同時影（yǐng）響裝配後與整個軸承的（de）調心能力的強弱（ruò）和偏轉力矩的大小。而（ér）調心能力、偏轉力矩和遊隙大小直接影響組件功能的實現。為了滿足法蘭盤軸（zhóu）承（chéng）的整（zhěng）體功能需求，提（tí）高自身精度等級，設計人（rén）員對法蘭盤的機械加工提出了更加嚴苛的（de）要（yào）求。

      法（fǎ）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（xiù）鋼而言，其具有較高的耐蝕性（xìng）及優良的冷（lěng）熱加工性能（néng），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，而最薄處壁厚僅 1.4mm，同時要求平麵度 0.003mm，表麵粗糙度值（zhí） Ra=0.63μm。

      而法（fǎ）蘭與軸（zhóu）承外圈的配合麵 SφC 0 -0.007mm，需要在滿足自身精度和表（biǎo）麵粗糙（cāo）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 φ0.02mm 同軸度和位置度的（de）包容要求（qiú）。分析可知，大切削量條件下，保證各個尺寸的（de）位置精度和幾何公差是法（fǎ）蘭盤加工的難點，為滿足各個尺寸自身的平麵度（dù）和（hé）表麵粗糙（cāo）度條件，加工過程中（zhōng）切削參數的（de）選擇（zé）就顯得尤為重要（yào）。 

 

  

      法蘭盤零件（jiàn）坯料為 17-4PH 馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼，加工過（guò）程中需要切削去除較多原材料。車削（xuē）加工完畢後，剩（shèng）餘（yú）的產品自身內部結構變化較大，原有的應力平衡遭到破壞（huài），工件內部殘餘應（yīng）力導致產品嚴重變形，尺寸嚴重超差，甚至工件報廢。

      法蘭盤為航空航天領域的高精度薄壁零件，材料在加（jiā）工過程中去除較多（duō），同時對表麵質量要求極高。薄壁產（chǎn）品自（zì）身的（de）剛度隨著車（chē）削過（guò）程的不斷進行，也一直處於不（bú）斷變動（dòng）之中。材料的去除過程（包括車削和銑削加工）產生的變形（xíng）和加工振動在不斷變化，會同時導致零件的輪廓要素和中心要素的幾何精度同步（bù）變差，這也（yě）嚴重影響了薄壁零件（jiàn）整體使用性能。

      法蘭盤為典型的高精度薄壁類環形兼具左（zuǒ）右對稱和中心對稱（chēng）的零件，中間有幾何精度要（yào）求較高的安裝孔，安裝麵平（píng）麵度和表麵粗糙度要求較高。如果使用傳統的徑向裝夾，由於零件壁（bì）厚（hòu）最薄處僅 1.4mm，因此（cǐ）徑向力會導致法蘭盤徑向尺寸超差。

      若（ruò）在零件（jiàn）粗（cū）加工階段，使用退火處理後（hòu）的棒料（liào），將外徑和（hé）端麵光整後裝夾外徑，一次裝夾進行內徑打孔和擴孔，再進行小（xiǎo）外徑的切削，通過熱處理應力釋放（fàng）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零件的加工精度 ; 若采用磁力吸盤（pán）和定位銷釘配合裝夾的方式，能夠實現軸向壓緊的無（wú）徑向力裝夾（jiá）方式，可以大大減小加工過程中由於裝（zhuāng）夾力產生的法蘭盤徑向形變，提高機械加工的尺寸精度和幾何精度，保證零件加（jiā）工的最終效果。

      （1）應用磁力吸盤和徑向銷釘定位（wèi）方式進行裝夾（jiá）法蘭盤在精加工滾道時，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（xiǎo）零件在加工過程中承受的徑向（xiàng）作用力，因此也就減小了法蘭盤零（líng）件的徑向形變，從而能夠提高機械加工的精度，尤其是（shì）同軸（zhóu）度（dù）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，在機床上高速旋轉的情況下的有限元（yuán）應變和應力分析（xī）。從分析結（jié）果可以看出（chū），該裝夾方式的最大位（wèi）移值處在中間孔的下邊緣處，位移的最大量約為 0.1μm，夾持和旋轉在滾道內側共同產生的應力僅為（wéi）0.74MPa，由此可以得出結論:該裝夾方式對精度（dù）影響很小。

 

 

 

 

     （2）加工機床、刀具及切削用量的選（xuǎn）擇該產品原材料為 17-4PH 馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼，為了（le）保證良好（hǎo）的切削性能，粗車後對產品進行（háng）調質熱處理，經過調質後的零件硬度為32~34HRC，屬於 “硬車” 的（de）範疇。這有利（lì）於提高零（líng）件的表（biǎo）麵質（zhì）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（xī），由於零（líng）件為不完整（zhěng）的環形（xíng），因（yīn）此為了保證加工過程中旋轉（zhuǎn）工件的穩定性和減小振動值（zhí），先精車法蘭（lán）盤各部位至成品尺寸，再加工銷釘孔和安裝缺口，最後通過線切（qiē）割去除75°以（yǐ）外（wài）的環形餘量，既避免了斷續車削帶來的振動和刀具（jù）破損，同時又（yòu）能（néng）在切割餘量去除前加（jiā）工出銷釘孔進（jìn）行徑向限位。為保證加工效率和加工精度，均衡考慮，在粗加工後進行（háng）淬火和高溫回火（huǒ）（調質處理），在滿足產品力學性能要求的（de）同時，提（tí）高硬車削的表麵質量。考（kǎo）慮到變形和切削效率的雙重因素，經多批次工藝試驗比（bǐ）對，將硬車削餘量控製在 0.5~1mm。尤其是在精加工內（nèi）球麵 SφC 時，既（jì）要保證 Ra=0.2μm 的表麵（miàn）粗糙度和 0.002mm 的圓度，又要保（bǎo）證切削餘（yú）量在（zài）0.2~0.8mm。法蘭盤（pán）待精車狀態如圖 6 所示。

     （2）加工殘（cán）餘應力的去除 法蘭盤零件在粗加工後，內部會產生（shēng）很大的（de）殘餘（yú）應力，一（yī）方麵影響材（cái）料的屈服強度，另一方麵由於應力釋放而影響（xiǎng）後續工序的加工精度。由於如果不去除殘餘應力，則在其緩慢釋放的過程中，會對產品整體的性（xìng）能造成很大的影響和危害，因此在大（dà）量去除材料後（hòu），應及時進行去應力熱處理，在精加工後（hòu）進行（háng）冷熱循環處理，通過深冷和熱循環保證材料組織的穩定性。經過冷（lěng）熱（rè）循（xún）環後，能有效去除殘餘應力以穩（wěn）定尺寸，同時還能夠強化法蘭盤自身（shēn）的結構，提高後續表（biǎo）麵處理的合格率，保證產品的尺寸精度和幾何精（jīng）度，以確保最終的加工質量。圖 7、圖 8 分別為相同倍數下應力去除前後材料的組織成分。

     （3）加工過程的振動（dòng）強度控製 薄壁件加工（gōng）精度和質（zhì）量的重要影響因素為切削振動強度。加工過程中通過（guò）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（shì）保證（zhèng）加工質（zhì）量的重要（yào）方法。加工過程中，提高吸盤的電磁吸力，使法蘭盤大端麵能（néng）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（duō）次試切，采用非磁性刀具，配合高濃度的切削（xuē）液，法蘭盤機械加工（gōng）精（jīng）度可以顯著提高。

      本文介紹了法蘭盤零件的加工方（fāng）法，針對零件的材料和結構特點，以及加工過程中的影（yǐng）響因素，采取有效（xiào）的工藝改進措施。通過裝夾方式的改進，采用磁力吸盤配合軸向定位銷安裝工件（jiàn），避免徑向（xiàng）裝夾力（lì）。通過試切加工對比，選用適當的切削用量，降低因裝夾應力和切（qiē）削應（yīng）力對工件產生的變形（xíng）影響。通（tōng）過熱處理工藝調整，粗加工和調質處理後進行精加工（gōng），不僅提升零件（jiàn）硬（yìng）度，滿足產品力學性能（néng）要求，而且增強薄壁零件的自身（shēn）剛度，在高（gāo）速硬車（chē）削狀態下（xià），能夠顯著提高表麵質量和加（jiā）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（gōng）精度 ;通過增加磁力（lì）吸盤的線圈，增大吸附力並提高工件剛（gāng）度，消除因設備（bèi）振動對零件精度的影響。

      以上加（jiā）工方（fāng）法同樣適用於相近材料（9Cr18、9Cr18Mo 和 2Cr13）的法蘭盤（pán）類零件，為此提供了實（shí）用的參考和借鑒。因裝（zhuāng）夾力導致的形（xíng）變問題（tí），可借鑒文中磁力吸盤配合定位銷的裝夾方式 ; 因切削量（liàng）較大導致（zhì）的零件變形，可借鑒文中去應力退火和冷熱（rè）循環（huán）相（xiàng）結合的熱處理（lǐ）方（fāng）式（shì） ; 外形不規則或者異形法蘭盤零件，可采（cǎi）用車（chē）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，從而保證加工精度。