一种薄壁弹性环的加工方法与流程

本发明属于航空发动机技术领域，特别是涉及一种薄壁弹性环的加工方法。

背景技术：

在航空发动机中常会用到一些薄壁的弹性环零件，这类零件的加工难度较大。目前此类薄壁弹性环零件的加工所采用的方法为：首先进行机械加工，通过机械加工将毛坯件加工成薄壁环零件；之后对薄壁环零件进行弯形加工，通过模具将薄壁环零件压弯成特定的形状，以使其具有足够的弹性；最后对弯形后的薄壁环零件进行定型热处理，使零件在保持特定形状的同时具有足够的强度。

但是，由于受到薄壁结构的影响，这类弹性环零件的刚性较差，零件在经过机械加工和弯形加工后会产生较大的残余应力，从而导致在定型热处理后，会在零件表面或过渡圆角等部位产生微小的裂纹，并增大热处理后零件的变形，影响零件的正常使用。因此，需要一种新的加工方法来解决现有技术在加工薄壁弹性环零件时存在的上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种薄壁弹性环的加工方法，该方法具有较强的实用性，能有效提高薄壁弹性环零件的加工质量，解决了薄壁弹性环零件在定型热处理后易产生变形及表面裂纹等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种薄壁弹性环的加工方法，包括如下步骤：

步骤一：机械加工，将环形毛坯件装夹于数控机床，加工成薄壁环形零件，薄壁环形零件包括薄壁环，在薄壁环端面沿轴线方向对称加工有两个凸台，凸台与薄壁环之间加工有过渡连接的过渡圆角，加工后保证薄壁环形零件的表面粗糙度达到1.6μm，薄壁环内外径的尺寸公差均控制在0.15mm以内，手工去除加工产生的各种尖边毛刺，对过渡圆角处进行抛光处理；

步骤二：机械弯形，弯形模具平放于压弯设备，将零件的凸台插装于弯形模具凹模的定位孔内，确保零件定位稳定之后，令弯形模具的凸模对准凹模并启动压弯设备，压弯设备带动凸模向下运动，使薄壁环端面与凹模表面相贴合，将薄壁环端面所在平面压弯成中间高两侧低的马鞍状；

步骤三：去应力退火，将弯形加工后的薄壁弹性环零件放入加热炉内，加热至其所选用材质的去应力退火温度范围，保温1-4小时后随炉冷却；

步骤四：校型，将零件的凸台插装于弯形模具凹模的定位孔内，手工校准零件形状，使薄壁弹性环零件与凹模表面紧密贴合，确保零件与凹模表面之间缝隙不大于0.35mm；

步骤五：定型热处理，包括淬火、预先回火和定型回火三个阶段，先将校型后的零件放入加热炉内，加热至其所选用材质的淬火温度范围内进行淬火，油冷至室温；淬火后，将零件自由状态放入加热炉内进行预先回火，加热至其所选用材质的回火温度范围，保温10-30分钟，并水冷至室温；将预先回火后的零件装夹到模具上放入加热炉内进行定型回火，保证零件的形状稳定且不发生回弹，将温度加热至其所选用材质的回火温度范围内，保温2-3小时，水冷至室温，完成全部定型热处理；

步骤六：产品检测，对尺寸检验合格的薄壁弹性环零件进行无损探伤。

步骤二中所述弯形模具包括上模板和下模板，上模板和下模板分别固定于压弯设备的上平台和下平台，上模板上固定有凸模，下模板上固定有凹模，凹模的上表面设有弧面凹槽，凹模的弧面凹槽与凸模相匹配，在凹槽底部开有两个通孔，两个通孔距离与薄壁弹性环零件上两个凸台之间的距离相同，通孔内设置有定位块，定位块中间设置有定位孔，定位块可沿通孔上下移动，定位块与下模板之间通过弹簧连接，弹簧自由状态时，定位块的上表面与凹模的上表面位于同一平面内。

步骤六中所述无损探伤为采用磁力探伤仪进行的磁力探伤。

本发明的有益效果：

本发明供了一种薄壁弹性环的加工方法，该方法具有较强的实用性，能有效提高薄壁弹性环零件的加工质量。本发明对步骤二中弯形加工后的薄壁弹性环零件进行了去应力处理，可有效去除步骤一机械加工和步骤二机械弯形在零件内部所产生的残余应力，改善零件内部的应力状态，降低了残余应力对定型热处理后零件状态的影响，从而解决了薄壁弹性环零件在定型热处理后易产生变形、表面裂纹及过渡圆角等应力集中处产生裂纹等问题，提高了零件的加工质量和加工过程的稳定性。在去应力处理之后进行了步骤四校型，该步骤工序校正了零件在此之前产生的回弹和变形，有利于所加工零件尺寸的控制，使零件进入下步工序时的尺寸和形状更加精确。

附图说明

图1是薄壁弹性环零件的立体结构示意图；

图2是薄壁弹性环零件的主视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是弯形模具结构示意图；

图5是弯形模具下模板和凹模的俯视图；

图中：1-薄壁环，2-凸台，3-过渡圆角，4-上模板，5-下模板，6-凸模，7-凹模，8-凹槽，9-通孔，10-定位块，11-定位孔，12-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以T11材质的薄壁弹性环零件加工为例，对本发明做进一步的详细说明。

如图1至图5所示，一种薄壁弹性环的加工方法，属于航空发动机技术领域，用于航空发动机中薄壁弹性环零件的加工。

本发明薄壁弹性环的加工方法包括如下步骤：

步骤一：机械加工。将环形毛坯件装夹于数控机床，加工成薄壁环形零件，薄壁环形零件包括薄壁环1，在薄壁环1端面沿轴线方向对称加工有两个凸台2，凸台2与薄壁环1之间加工有过渡连接的过渡圆角3，加工后保证薄壁环形零件的表面粗糙度达到1.6μm，薄壁环内外径的尺寸公差均控制在0.15mm以内，手工去除加工产生的各种尖边毛刺，对过渡圆角处进行抛光处理。采用数控机床加工出来的薄壁环形零件尺寸一致性高、表面粗糙度好且产品质量更加稳定。

步骤二：机械弯形。为使步骤一中加工的薄壁环形零件具有弹性，需将薄壁环形零件安装于压弯设备的弯形模具上进行弯形加工。在本实施例中，弯形模具包括上模板4和下模板5，上模板4和下模板5分别固定于压弯设备的上平台和下平台，上模板4上固定有凸模6，下模板5上固定有凹模7，凹模7的上表面设有弧面凹槽8，凹模7的弧面凹槽8与凸模6相匹配，用来压弯零件，可通过调整凹槽8的大小来控制零件的弯曲程度，以使零件获得不同的弹性。在凹槽8底部开有两个通孔9，两个通孔9距离与薄壁弹性环零件上两个凸台2之间的距离相同，通孔9内设置有定位块10，定位块10中间设置有定位孔11，定位块10可沿通孔9上下移动，定位块11与下模板5之间通过弹簧12连接，弹簧12自由状态时，定位块10的上表面与凹模7的上表面位于同一平面内。

在弹簧12处于自由状态时，将零件的凸台2插装于定位孔11内，确保零件定位稳定后，令凸模6对准凹模7，并启动压弯设备，压弯设备上平台带动弯形模具的凸模6向下运动，使薄壁环形零件的端面与凹模7上的凹槽8表面相贴合，将薄壁环形零件端面所在平面压弯成中间高两侧低的马鞍状，使其获得弹性。

步骤三：去应力退火。对步骤二中弯形加工后的薄壁弹性环零件进行去应力退火，去应力退火可有效去除步骤一机械加工和步骤二机械弯形在零件内部所产生的残余应力，改善零件内部的应力状态，减少了因残余应力的存在而导致的零件变形及表面裂纹等问题，提高了零件的加工质量和加工稳定性，为后续定型热处理工序奠定了有利的基础，并且较好的克服了零件在步骤二加工后所产生的回弹现象。

在本实施例中，将步骤二中弯形加工后的T11材质的薄壁弹性环零件清洗干净并晾干，之后放在托盘上，将零件与托盘一起平稳摆放入真空炉内，装炉温度大于等于150℃，匀速升温至550℃-600℃，之后保温40-60分钟，向炉内充入氩气(0.2-0.4)MPa，随炉冷却至80℃以下出炉空冷，完成零件的去应力退火。

步骤四：校型。用于校正零件在此之前产生的回弹和变形，有利于零件尺寸的控制，使零件进入下步工序时的尺寸和形状更加精确。在本实施例中，将薄壁弹性环零件的凸台2插装于弯形模具凹模的定位孔11内，手工校准零件形状，使薄壁弹性环零件与凹模7上的凹槽8表面紧密贴合，确保零件与凹模表面之间缝隙不大于0.35mm；

步骤五：定型热处理。通过定型热处理可使零件的硬度和弹性等性能指标满足使用要求，并对弯形后的零件起到固定形状的作用，包括淬火、预先回火和定型回火三个阶段。由于在步骤三中进行了去应力退火，消除了零件内的残余应力，改善了零件的内部应力状态，所以在高温进行定型热处理时不会在薄壁环1或过渡圆角3等部位产生裂纹或造成零件的回弹变形。在本实施例中，定型热处理按以下要求进行。

淬火。将校型后的零件放入加热炉内加热至800±10℃，保温8-10分钟，之后油冷至室温。通过淬火处理可提高薄壁弹性环零件的硬度、强度和耐磨性等性能，而采用油冷可降低零件在淬火时的变形量和开裂倾向。

预先回火。将淬火后的薄壁弹性环零件自由状态平置于托盘上，放入加热炉内加热至380±10℃，保温15-20分钟，之后水冷至室温。由于薄壁弹性环零件在淬火后的硬度较高，直接在模具上夹紧进行定型回火时易产生裂纹或发生脆断，因此，在定型回火前先安排进行预先回火，以调整薄壁弹性环零件淬火后的硬度，预先回火后可通过使用硬度试块来进行检测零件的硬度是否符合要求。

定型回火。将预先回火后的薄壁弹性环零件装夹到模具上，保证零件的形状稳定且不发生回弹，之后放入加热炉内加热至380-400℃，保温2.5-3小时，水冷至室温。定型回火可调整零件的硬度、强度、塑性和韧性以达到使用要求，同时能稳定零件的尺寸，保证精度，并消除零件在淬火时所产生的内应力，防止产生变形和开裂。

步骤六：产品检测。在定型热处理之后，需要对零件尺寸重新进行检查核验，对尺寸合格的零件再进行无损探伤，以检验有无影响产品正常使用的裂纹等缺陷。在本实施例中，对T11材质的薄壁弹性环零件采用磁力探伤仪进行磁力探伤，检查零件表面和浅表面是否存在裂纹。

步骤七：入库。将步骤六中检测合格的薄壁弹性环零件入库备用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。