薄壁零件加工方法和薄壁零件与流程

本发明涉及金属切削加工，具体而言，涉及一种薄壁零件加工方法和薄壁零件。

背景技术：

1、薄壁零件广泛应用于航空、航天、能源装备及高温承载部件等领域。该类零件通常具有壁厚小、结构复杂、刚性差、尺寸精度和形位公差要求高等特点。在车削加工过程中，薄壁部位容易受到切削力、装夹力、切削热及材料内应力释放的影响而发生弹性变形或塑性变形，导致零件加工完成后出现圆度超差、椭圆变形、轮廓度不合格等问题。

2、对于高温合金材料制成的薄壁零件，例如inco718高温合金薄壁回转零件，由于材料强度高、加工硬化倾向明显、切削变形抗力较大，在加工薄壁轮廓时更容易产生加工应力累积和局部变形。现有薄壁零件加工中，通常采用锋利大前角、小刀尖圆弧半径刀片、小切深、多工序加工等方式控制零件变形。例如，在整体粗加工后，依次对内径或外径进行半精加工和精加工，使零件达到最终尺寸。

3、然而，对于一端壁厚较薄且轮廓度要求较高的薄壁回转零件，常规加工方式仍存在不足。尤其是当零件部分壁厚仅为0.86mm左右或0.5mm左右，且轮廓度要求达到0.1mm时，如果按照常规整体粗车后直接半精车、精车至最终尺寸的方式进行加工，薄壁部位在内径或外径单侧加工过程中容易发生应力释放不均和切削力变形，使成品零件形成椭圆状变形，导致圆度超过0.1mm，进而导致轮廓度不合格。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种薄壁零件加工方法及薄壁零件，以解决现有薄壁回转零件在内径轮廓和外径轮廓加工过程中容易因切削应力、装夹变形以及材料残余应力释放导致薄壁部位发生椭圆化变形，从而造成圆度超差、轮廓度不合格的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种薄壁零件加工方法，所述薄壁零件为回转体零件，其预设有第一基准a、第二基准b、目标外径轮廓c-f以及目标内径轮廓m-n，所述加工方法包括如下步骤：

4、预设第一基准a和第二基准b，所述第一基准a为薄壁零件的端面基准，用于限定薄壁零件的轴向位置；所述第二基准b为薄壁零件的中心轴线基准，用于限定薄壁零件的径向位置；所述第一基准a和所述第二基准b相互垂直形成基准体系；

5、对所述薄壁零件的整体轮廓进行粗加工，形成粗加工轮廓，所述粗加工轮廓留有第一余量，所述第一余量为单边余量；

6、对所述粗加工轮廓中对应内径轮廓m-n的位置进行至少两次半精加工，获得半精加工内径轮廓m0-n0；

7、对所述粗加工轮廓中对应外径轮廓c-f的位置进行至少两次半精加工，获得半精加工外径轮廓c0-f0；

8、对所述半精加工内径轮廓m0-n0进行至少两次精加工，获得成品内径轮廓m-n；

9、对所述半精加工外径轮廓c0-f0进行至少两次精加工，获得成品外径轮廓c-f。

10、进一步地，所述目标外径轮廓c-f的c点与所述目标内径轮廓m-n的n点重合；

11、所述目标外径轮廓c-f靠近所述c点一端，与所述目标内径轮廓m-n靠近所述n点一端合围，形成向外延伸的突出端轮廓；

12、所述突出端轮廓具有基部与尖端部，所述尖端部位于所述基部向外延伸一侧的末端；所述基部的壁厚范围为0.86±0.1mm，所述尖端部的壁厚范围为0.5±0.1mm。

13、进一步地，对所述粗加工轮廓中对应内径轮廓m-n的位置进行至少两次半精加工，包括：

14、对所述粗加工轮廓中对应内径轮廓m-n的位置进行第一次半精加工，获得第一内径轮廓m1-n1，所述第一内径轮廓m1-n1留有第二内径余量；

15、对所述第一内径轮廓m1-n1进行第二次半精加工，获得第二内径轮廓m2-n2，所述第二内径轮廓m2-n2留有第三内径余量；所述第二内径轮廓m2-n2作为所述半精加工内径轮廓m0-n0。

16、进一步地，对所述粗加工轮廓中对应外径轮廓c-f的位置进行至少两次半精加工，包括：

17、对所述粗加工轮廓中对应外径轮廓c-f的位置进行第一次半精加工，获得第一外径轮廓c1-f1，所述第一外径轮廓c1-f1留有第二外径余量；

18、对所述第一外径轮廓c1-f1进行第二次半精加工，获得第二外径轮廓c2-f2，所述第二外径轮廓c2-f2留有第三外径余量；所述第二外径轮廓c2-f2作为所述半精加工外径轮廓c0-f0。

19、进一步地，对所述半精加工内径轮廓m0-n0进行至少两次精加工，包括：

20、对所述第二内径轮廓m2-n2对应位置处进行第一次精加工，获得第三内径轮廓m3-n3，所述第三内径轮廓m3-n3留有第四内径余量；

21、对所述第三内径轮廓m3-n3对应位置处进行第二次精加工，获得第四内径轮廓m4-n4，所述第四内径轮廓m4-n4留有第五内径余量，所述第五内径余量为0；所述第四内径轮廓m4-n4作为所述成品内径轮廓m-n。

22、进一步地，对所述半精加工外径轮廓c0-f0对应位置处进行至少两次精加工，包括：

23、对所述第二外径轮廓c2-f2对应位置处进行第一次精加工，获得第三外径轮廓c3-f3，所述第三外径轮廓c3-f3留有第四外径余量；

24、对所述第三外径轮廓c3-f3对应位置处进行第二次精加工，获得第四外径轮廓c4-f4，所述第四外径轮廓c4-f4留有第五外径余量，所述第五外径余量为0；所述第四外径轮廓c4-f4作为所述成品外径轮廓c-f。

25、进一步地，所述至少两次半精加工和至少两次精加工按照内径轮廓半精加工、外径轮廓半精加工、内径轮廓精加工以及外径轮廓精加工的顺序依次进行，使薄壁结构内外两侧材料交替去除，促进加工残余应力逐步释放并重新分配，降低薄壁区域加工变形。

26、进一步地，所述第一余量为0.3mm；所述第二内径余量和第二外径余量均为0.15mm；所述第三内径余量和第三外径余量均为0.05mm；所述第四内径余量和第四外径余量均为0.02mm；所述第五内径余量和第五外径余量均为0mm；上述余量均为单边余量。

27、进一步地，所述薄壁零件为inco718高温合金回转零件。

28、进一步地，所述半精加工与精加工的加工速度均为30m/min。

29、进一步地，所述薄壁的范围为所述薄壁直径与壁厚的比值大于50。

30、进一步地，所述至少两次半精加工和至少两次精加工均采用小切深加工方式进行，各加工阶段对应预留加工余量逐步去除，以降低薄壁零件加工过程中的切削载荷和加工残余应力集中释放程度，提高薄壁区域加工稳定性。

31、第二方面，本技术还提供一种薄壁零件，所述薄壁零件由上述任一项所述的薄壁零件加工方法制成，所述薄壁零件为回转体零件，其预设有第一基准a、第二基准b、目标外径轮廓c-f以及目标内径轮廓m-n。其中，所述第一基准a为薄壁零件的端面基准，用于限定薄壁零件的轴向位置；所述第二基准b为薄壁零件的中心轴线基准，用于限定薄壁零件的径向位置；所述第一基准a和第二基准b相互垂直形成基准体系；所述内径轮廓m-n和外径轮廓c-f均以所述第一基准a和所述第二基准b为统一基准加工形成；所述内径轮廓m-n和所述外径轮廓c-f的轮廓线轮廓度均不大于0.1mm。

32、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

33、本技术是按照内径半精加工、外径半精加工、内径精加工以及外径精加工的交替加工顺序进行加工，使薄壁结构内外两侧材料交替去除，加工残余应力得到逐步释放并重新分配，避免连续加工同一侧导致局部应力集中释放，从而有效抑制薄壁区域椭圆化变形，提高薄壁零件的加工稳定性。根据实际加工验证，在采用本技术加工方法前，薄壁零件合格率约为60%；采用本技术加工方法后，合格率可提升至95.6%，能够显著提高薄壁零件轮廓度合格率，并减少三坐标检测频次和返修成本，提高加工效率。