摘  要：介绍了轴承座密封类零件的结构特点、加工难点，分析了相关机械加工及超精加工的工艺难点。通过攻关试验，实现了通用设备一次装夹完成两项超精密加工的研磨工艺试验，确立了合理的加工方法、工艺方案和检测方法，圆满解决了轴承座密封类零件的加工难点。同时也积累了设备改造和研磨加工的经验，对于类似零件及超高精度零件的加工具有很好的借鉴作用。

关键词：燃气轮机;轴承座;研磨;研具

0    引言

随着国产燃气轮机技术的迅猛发展，现阶段零组件的结构设计越来越复杂，精度也越来越高。轴承座是燃气轮机的重要部件之一，为保证轴承回转灵敏性、密封性、能承担综合载荷，增强轴承的运转平稳性，延长轴承使用寿命，某轴承座类零件加工精度要求达到工作面相对于外圆和端面的跳动为0.01 mm，平面度为0.001 mm，表面粗糙度为Ra0.2 μm。该类结构轴承座单件装配数量多，其结构复杂度和精度要求较高，目前尚无现成的加工工艺可借鉴。

本文针对该零件的特点进行深入的工艺研究，分析其磨削加工、研磨加工等工艺难点，设计合理的工艺流程，通过试验选择符合要求的加工方法，确定磨削加工参数。

1    难点分析

本文共涉及4个此类型的轴承座，零件轮廓尺寸为？准155 mm×39.5 mm，其平面度要求高的部位结构基本相同。4个零件材料均为1Cr11Ni2W2MoV，平面度要求0.001 mm，光度要求Ra0.2 μm，其中2#和4#小端结构为宽度2～2.2 mm的周向镀铬槽，铬层厚度要求≥0.04 mm，光度Ra0.2 μm，1#和3#小端焊接白铜片。零件外形尺寸图如图1所示。

（1）该零件材料较软，加工时光度不好提高，尤其是研磨工序，研磨光度和平面度要求高，受结构限制，正常研磨无法实现，且容易拉伤研磨面。

（2）2#和4#轴承座小端2～2.2 mm镀铬槽，由于槽宽太窄，镀铬难度大，镀铬时在槽口容易积铬，两侧槽壁铬层厚度上不去，需要反复将槽口所堆积铬层磨掉，如此反复镀铬才能将铬层镀起来。

（3）加工时需要将砂轮切削部位宽度修至2 mm左右，为保证如此小宽度的砂轮进行高速磨削，需尽量少进刀，防止砂轮被挤裂。

由于前期设计要求铬层厚度加工后为0.02～0.04 m，当加工到最终尺寸时，铬层和基体结合力不强，铬层成片状脱落，经与设计协调后将铬层厚度改为≥0.04 m，情况有所好转。

零件的工作面相对于外圆基准面和端面基准面的跳动为0.01 m。零件工作面的精度要求非常高，平面度要求为0.001 m，表面粗糙度为Ra0.2 μm。这两项高精度要求的保证是加工的难点和重点，常规的磨削方法根本无法达到设计要求。零件具体尺寸如图2所示。

2    工艺路线的合理设计与设备、研具的选择

2.1    工艺路线设计

由于该零件结构比较复杂，各种机械加工工序几乎都有所涉及：车加工、热处理镀铬、磨加工、铣花边、钻镗孔、攻丝、电火花加工方槽（电火花加工型槽）铣螺纹、研磨平面等，所以工序相当长，生产周期也比较长。工序的安排是否合理，将直接影响到超精密加工的零件质量与生产周期。按精益生产的要求，要降低成本，缩短生产周期，提高生产效率，需尽可能利用现有资源。但由于超精加工的端面低于零件大端面，所以限制了很多加工方法的使用。在进行多方调研并分析零件结构后，决定基于工艺研究及设备改进来解决问题。首先确定的是用研磨的方法保证最终的技术要求。其次，要减小零件变形。精加工过程中采用端面定位、轴向压紧的夹具定位方式，不能采用软爪或四爪定位，以减小零件径向受力。再次，对研磨的平面要有较好的原始平面，可减少研磨的工作量，缩短生产周期，因此在研磨工序前采用磨加工基准面，保证其跳动和平面度达到要求。

2.2    设备选择

（1）由于零件结构所限，不能采用普通的研磨平臺进行研磨，为此，我们根据零件结构和现有设备（圆转台或圆平磨），设计制造了适合现有设备的加工装置。该装置结构设计巧妙、简单，只需在圆转台或圆平磨增加自制工装，具体原理图如图3所示。

从图3可以看出，通过带有胶皮的调节器可以调整零件与转台的不同转速，通过速度差来研磨零件端面。

采用光的干涉法检测平面度，原理如图4、图5所示。

反射光和入射光通过平镜与透镜、透镜和零件之间气膜形成干涉，干涉图像呈均匀分布时，则平面度合格。

2.3    研具选择

由于要研磨的表面低于零件表面，不能将研具直接放置于旋转的研磨台上，需要准备一个工装，将零件放于该工装上，再将工装和零件一起放于旋转平台上，所以研磨零件平面的研具为工作于旋转工作台和零件之间。

3    精度的保证

3.1    研具修正

由于零件表面的平面度和光度要求高，所以研具一定要平整，并且零件压在研具上不能受过大的间歇性外力。先将研具进行研修，将平面度研修至0.001 mm，再用光的干涉法进行检测，合格后用研具研磨零件。

3.2    研具检测

按原理图4检测研具平面度是否合格，若研具合格，按零件加工方法进行研磨;若研具不合格，则按研具修正的方法继续修正研具，直至研具合格为止。

3.3    零件加工

将零件和研具一起放到研磨旋转台上，在零件小端面压上2 kg左右的重物，利用转台与零件速度差来研磨零件。研磨30 min左右，先检查零件平面度，再检查研具平面度，若零件平面度上升较快，则将研具在研磨机上研磨，保证平面度后再研磨零件，直至研具平面度降低明显减慢，再用干涉法检查零件平面度。

3.4    零件检测

零件经过研磨后，在光的干涉仪上检测合格，上三坐标再进行复检，并且以三坐标所检尺寸为准，数值比较直观，也增加了安全系数。

4    结论

（1）通过圆转台或圆平磨增加自制工装，调整胶皮调节器控制零件与转台不同转速，利用速度差来研磨零件端面的方法，能实现轴承座平面度0.001 mm和表面粗糙度Ra0.2 μm的高精度要求。

（2）研磨前的磨加工基准，采用端面定位、轴向压紧的夹具定位方式以及研具的修正、检验等前期控制措施，对控制零件的变形、保证后续轴承座精度要求起到了很好的支撑作用。

（3）利用反射光和入射光通过平镜与透镜、透镜和零件之间气膜形成干涉的检测方法，与三坐标对比检测差异不大，可进行研磨程度控制，避免了多次研磨盲目三坐标送检的情况发生。

收稿日期：2020-06-22

作者简介：蔡文波（1990—），男，湖北武汉人，工程师，研究方向：燃气轮机制造质量监督。