一种对开式金属密封环的加工方法与流程

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种对开式金属密封环的加工方法。

背景技术：

对开式金属密封环是航空发动机上常采用的一种金属密封形式。它是通过两个半环搭接成一个整圆环，零件的尺寸及形位精度要求高，其平面度、平行度要求均为0.01mm，厚度公差为0.02；两搭接配合面的粗糙度要求为Ra0.8。目前，采用的加工工艺为：车内、外圆、切断—平端面—切开—铣台阶面—热处理—磨台阶面—配对—桁磨平面—镗内孔—磨外圆。按照目前工艺加工，工件沿搭接处切开后，需要废弃一小半，而且搭接面采用铣削加工，残余加工应力大，虽经热处理，但是零件厚度较薄，易变形。因此整个零件加工完成后，材料利用率仅为22.2％，而且加工工艺流程较长，零件尺寸不稳定，加工效率低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种对开式金属密封环的加工方法，缩短了工艺流程，提高了零件尺寸稳定性，增加了材料的利用率。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括以下步骤：

1)将棒料加工成管状零件，且管状零件的内孔和外圆保留后续加工的余量；

2)对管状零件进行真空热处理；

3)采用线切割对管状零件进行切割得到金属密封环粗件，金属密封环粗件的台阶厚度保留双面桁磨时的加工余量；

4)对金属密封环粗件进行磨台阶面处理；

5)将两个金属密封环粗件配对组合后进行双面桁磨；

6)对配对组合的金属密封环粗件依次进行镗内孔和磨外圆，即得到对开式金属密封环。

所述步骤1)中管状零件的长度为100-150mm。

所述步骤1)中管状零件的内孔和外圆半径分别保留1mm的加工余量。

所述步骤1)中管状零件材质为1Cr11Ni2W2MoV，硬度HB为311～388。

所述步骤2)中管状零件经过真空热处理后硬度HB为302～363。

所述步骤3)中线切割的走刀线路包括依次循环的第一刀走刀线路和第二刀走刀线路，所述第一刀走刀线路包括：从管状零件径向顶部沿径向向下走刀(A/2+1+L/2)→向左走刀(C/2+0.25mm)→向上走刀L→向左走刀(C/2+0.05mm)→向上走刀(A/2+1-L/2)→向下走刀(A/2+1-L/2)→向左走刀(C/2+0.05mm)→向下走刀L→向右走刀(C/2+0.25mm)→向上走刀(A/2+1+L/2)；

所述第二刀走刀线路包括以下步骤：沿第一刀走刀线路的第一线路末端向下走刀(A/2+1-L/2)→向左走刀(C+0.3mm)→向上走刀(A/2+1+L/2)→向左走刀(C/2+0.25mm)→向下走刀L→向左走刀(C/2+0.05mm)→向下走刀(A/2+1-L/2)→向上走刀(A/2+1-L/2)→向左走刀(C/2+0.05mm)→向上走刀L→向左走刀(C/2+0.25mm)→向下走刀(A/2+1+L/2)→向左走刀(C+0.3mm)→向上走刀(A/2+1-L/2)→向右走刀(C/2+0.05mm)→向上走刀L→向右走刀(C/2+0.25mm)，A为对开式金属密封环的外圆直径，C为对开式金属密封环的厚度，L为对开式金属密封环的搭接长度。

所述步骤4)中金属密封环粗件进行磨台阶面处理后保证台阶厚度尺寸为(C/2+0.15mm)±0.05mm。

所述对开式金属密封环在厚度方向的平面度为0.01mm，平行度为0.01mm。

所述对开式金属密封环的外圆直径的公差等级为h7。

所述对开式金属密封环的搭接长度的公差为±0.02mm，在搭接长度方向的端面接触部位允许小于等于0.025mm的缝隙。

与现有技术相比，本发明将毛料加工成一个管形，先进行热处理，再由线切割成组加工，直接将对开式金属密封环所有形面加工成形，配合台阶留磨加工余量，厚度方向的加工留双面桁磨余量。本发明与现有技术相比，材料的利用率能够达75％，加工工艺得到简化，加工时间缩短40％，零件尺寸稳定性得到提高。

进一步，本发明设计了线切割的走刀线路，采用两条依次循环的走刀线路，保证了足够的加工余量，最大限度的保证了切割的对开式金属密封环的数量，减少了材料的浪费，增加了材料的利用率。

附图说明

图1为对开式金属密封环的结构示意图；

图2为管状零件的结构示意图；

图3a为第一刀走刀路线示意图，图3b是第二刀走刀路线示意，图3c走刀路线总体示意图；

图4为金属密封环粗件磨台阶面示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。

本发明包括以下步骤：

1)参见图2，将棒料加工成长度为100-150mm的管状零件，且管状零件的内孔和外圆半径分别保留1mm的加工余量，管状零件材质为1Cr11Ni2W2MoV，硬度HB为311～388；

2)对管状零件进行真空热处理，经过真空热处理后硬度HB为302～363；

3)采用线切割对管状零件进行切割得到金属密封环粗件，在厚度方向单边留有0.15mm余量，用于双面桁磨时保证零件在厚度方向的平面度0.01mm、平行度0.01mm和搭接长度公差，台阶的厚度尺寸为C/2+0.25mm，保证用于磨台阶面时的余量0.1mm和桁磨时的余量0.15mm；线切割的走刀线路包括依次循环的第一刀走刀线路和第二刀走刀线路，参见图3a，第一刀走刀线路包括：从管状零件径向顶部沿径向向下走刀(A/2+1+L/2)→向左走刀(C/2+0.25mm)→向上走刀L→向左走刀(C/2+0.05mm)→向上走刀(A/2+1-L/2)→向下走刀(A/2+1-L/2)→向左走刀(C/2+0.05mm)→向下走刀L→向右走刀(C/2+0.25mm)→向上走刀(A/2+1+L/2)；

参见图3b和图3c，第二刀走刀线路包括以下步骤：沿第一刀走刀线路的第一线路末端向下走刀(A/2+1-L/2)→向左走刀(C+0.3mm)→向上走刀(A/2+1+L/2)→向左走刀(C/2+0.25mm)→向下走刀L→向左走刀(C/2+0.05mm)→向下走刀(A/2+1-L/2)→向上走刀(A/2+1-L/2)→向左走刀(C/2+0.05mm)→向上走刀L→向左走刀(C/2+0.25mm)→向下走刀(A/2+1+L/2)→向左走刀(C+0.3mm)→向上走刀(A/2+1-L/2)→向右走刀(C/2+0.05mm)→向上走刀L→向右走刀(C/2+0.25mm)，A为对开式金属密封环的外圆直径，C为对开式金属密封环的厚度，L为对开式金属密封环的搭接长度；

4)对金属密封环粗件进行磨台阶面处理，参见图4，磨台阶面处理后保证台阶厚度尺寸为(C/2+0.15mm)±0.05mm；

5)将两个金属密封环粗件配对组合后进行双面桁磨；

6)对配对组合的金属密封环粗件依次进行镗内孔和磨外圆，即得到对开式金属密封环，参见图1，对开式金属密封环在厚度C方向的平面度为0.01mm，平行度为0.01mm，外圆直径A的公差等级为h7，B为开式金属密封环的内径，搭接长L度的公差为±0.02mm，在搭接长度L方向的端面接触部位允许小于等于0.025mm的缝隙。

本发明加工步骤如下：

1)车内外圆：将棒料加工成管子形状，根据零件的最终尺寸要求，内孔和外圆保留两半环组成圆环后续精加工的余量，一般内孔和外圆各留1mm余量，加工管形的长度根据零件的外径和内孔大小，一般在100-150mm，可加工的成品零件数量20～30件

2)热处理：根据设计图的要求进行真空热处理。保证图纸性能要求，一般材料为1Cr11Ni2W2MoV时，要求为HB311-388；

3)线切割外形：按照零件外形，线切割对开式金属密封环，加工时，在厚度方向单边留有0.15mm余量，用于双面桁磨时保证零件在厚度方向的平面度0.01mm和平行度0.01mm以

-0.01

及尺寸C-0.⁰³，台阶的厚度尺寸C/2+0.25mm，用于磨台阶面时的余量0.1mm和桁磨时的余量0.15mm，最终保证设计图尺寸C/2±0.15mm；

4)磨台阶面：磨两结合面，需要保证尺寸(C/2+0.15mm)±0.05mm，保证两面有对等的桁磨余量；

5)双面桁磨两平面：配对组合，用双面桁磨保证最终两端面设计尺寸及形位要求；

6)镗内孔：配对镗内孔；

7)磨外圆：配对磨外圆。

以某密封圈为例，其具体实施方式如下：

(1)车加工内、外圆：将棒料加工成管子形状，根据零件的最终尺寸要求，内孔和外圆各留1mm余量，内孔加工到Φ61mm，外圆加工到Φ81mm，长度130mm，可加工的成品零件数量在26件；

(2)热处理：根据设计图的要求进行真空热处理，材料为1Cr11Ni2W2MoV，保证HB302-363；

(3)线切割外形：线切割对开式金属密封环，按图3所示线切割线路示意图走刀，厚度单边留有0.15mm桁磨余量，尺寸为4.8mm；搭接台阶厚度留有磨台阶面时的余量0.1mm和桁磨时的余量0.15mm，尺寸为2.4mm；

(4)磨台阶面：磨两结合面，保证尺寸2.3，保证组合后两端面有对等的桁磨余量0.15mm；

(5)双面桁磨两平面：配对组合，双面桁磨磨两端面，保证最终厚度尺寸4mm，及平面度及平行度0.01mm；

(6)镗内孔：成组，以外圆定位镗内孔，保最终尺寸；

(7)磨外圆：成组多个零件，以内孔定位，压紧端面，磨外圆保最终尺寸。

本发明将毛料加工成一个管形，先进行热处理，再由线切割成组加工，直接将密封环所有形面加工成形，配合台阶留磨加工余量，厚度方向的加工留双面桁磨余量。本发明提高了材料的利用率，加工工艺得到简化，缩短加工时间，提高零件尺寸稳定性。