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摘要：详细阐述了一种应用于斯特林制冷机的薄壁密封套的工艺难点和加工工艺流程，加工工艺包含了加工刀具的选用，加工的重要参数。并设计了一种防止划伤的夹具，总计了类似薄壁零件的加工经验。
1.引言
整体式斯特林制冷机具有机械振动小、可闻噪声低、可靠性高、结构性好、强冲击、震动等恶劣环境适应能力强等特点，适配与百万像素、大面阵焦平面探测器组件。广泛应用于预警、红外制导、红外搜索及跟踪、机载增强视觉、野外观测前视红外、无人机、热像观察成像、激光红外通讯等多种系统中。密封套作为整体式斯特林制冷机驱动压缩部分的密封件，对斯特林制冷机的气密性起到关键作用。密封套在斯特林制冷机中的作用其作为密封介质在机械制冷机封装中起到了广泛的应用。金属密封由于其可靠的工作方式，因此在制冷机封装应用前景非常广阔，值得进一步研究。若密封套圆柱度超过配合公差，其与内部压缩部件成非环形均匀分布，导致不良振动和侧向力的产生，进而缩短斯特林制冷机的寿命。
零件工艺分析及工艺难点
1.1尺寸加工难点
该零件是壁厚较薄薄壁套筒型零件，尺寸精度、表面精度及几何精度都要求很高，图纸要求如图1所示：
1）证内孔圆柱度0.005mm，内孔与槽底垂直度0.01mm，且加工时总长容易被拉长。
2）该零件属于薄壁零件，壁厚仅有0.25mm，加工时极易变性;
3）该零件尺寸精度较高，对加工过程中的刀具选取、操作技术等都提出了较高的能力要求;
4）该零件表面粗糙度要求较高，对加工时装夹方式提出了较高要求;
5）该零件内孔与其他表面相对位置要求较高，对加工过程中的定位装夹要求较高。
1.2材料难点
不锈钢1Cr18Ni9iTi韧性和低温韧性好，没有冷脆倾向且不具有磁性;金属表面被腐蚀时要形成“钝化”现象，从而提高了钢的耐蚀性具有较高的塑性;延伸率大 （延伸率为45%）故选用其为密封套的材料。但1Cr18Ni9iTi不锈钢在加工时的难点在于：
1）在切削过程中塑性变形大，使切削力增加。同时，由于1Cr18Ni9iTi不锈钢导热性差在加工过程中易产生严重的加工硬化， 致使其热强度高， 进一步增大了切削抗力。
2）由于C在1Cr18Ni9Ti钢中与Cr能形成碳化物在晶界析出，造成晶界周围贫铬，出现晶间腐蚀，而使金属产生沿晶脆断的危险。由于密封套在保证尺寸精度的同时也要保证在5MPa的气压不能漏气，这也对加工时的产生的切削热的抑制提出了严格要求。
2.加工方法
对该薄壁密封套采用图工艺，具体加工工艺如下：
1）按照设计工艺时工序集中行和基准统一的原则，要保证内孔与外形的同轴度。对密封套外形直接加工到图纸要求，但考虑到加工内孔时热变形，薄壁外形需加工到下差。
2）调头用夹具装夹外形，粗车内孔。开粗先使用钻头以减少加工时间，再使用内冷车刀进行精车。由于密封套内孔尺寸较深，在加工时外部冷却液不能够对加工部位及时冷却，导致薄壁部分拉长变形，因此选用内冷车刀进行加工，内冷刀可以有效对深孔切削部分进行冷却，减少热变形。精车参数如表1所示。
3.装夹夹具设计
鉴于第一道工序直接将外形加工到图纸要求，在后序调头加工装夹时时会将薄壁部分划伤甚至挤压变形。需在调头加工时在外形上套上钢套，减小薄壁收到的压强，避免装夹引起的变形。由于钢套与密封套配合紧密，再取出时划伤是不可避免的。经研究发现把钢套内孔与工件外圆接触面进行灌胶处理，让钢套内孔表面附聚氨酯PU弹性体如图3所示，就不会和钢件产生摩擦的划痕。为保证装夹精度需要先在钢套内灌满胶，在车床上车出密封套外形，保证装配间隙在0.05以内。
4.工艺改进前后对比
之前1件密封套砂划痕的时间大概在2分多钟，在制作夹具后有效消除了划痕的产生，减少了一道工序，避免外观不良的返修问题。同时，在开粗和精车两道工序也做了改进，之前粗车内孔时，加工步骤是：φ8钻头--φ12U钻--内孔刀，而且以前φ8钻头差不多12小时至少要磨一次，不然就会存在拉长的现象，内孔刀要从φ12mm一直开粗车到φ15.5mm，导致刀粒磨损严重。改进后的加工步骤：φ8魔术钻头--φ12U钻--φ16U钻，换成魔术钻头后，钻头是可替换刀粒的，节省了一部分时间，把内孔刀换成了φ16的U钻，相比改进前的效率提高了52%左右。
为了保证加工质量及尝试性在精加工方面提高效率，在精加工时，把S系列的内孔刀换成了A系列的内冷高速钢刀具，因内冷刀采用中心冷却的方式，大大降低了工件和刀具在切削过程中产生的热变形，使工件在加工中稳定性相对提高，相比改进前的效率提高了42%。
在改进前会应该外圆拉伤、内孔刀具冷却不到位导致刀具磨损，在过程中造成拉长及不稳定状态，报废率一直都会在5%左右，通过这两批的加工，由于内孔加工全部采用内冷加工，有效的解决了变形等不稳定问题，统计的报废率在1.5%，在产品质量成本控制进一步提升。
5.总结
1）使用伸缩率较大材料加工薄壁件时，在加工外形时要贴近尺寸要求下差，尽量在变形后尺寸控制在尺寸公差内。
2）对深孔薄壁件进行车削加工时，为减少热变形，降低刀具磨损率，最好选用内冷刀杆进行加工。
3）对于形位公差要求较高的薄壁件。要严格遵守工序集中和基准统一的工艺设计原则。以减少因多次装夹造成的误差。
4）在加工类似套件时，可以采用灌胶夹具。这种夹具既能防止装夹时划伤，更能保证装夹的位置精度，同时节约装夹时间。
参考文献
[1]范仙红，杨萍.斯特林制冷机薄壁气缸加工工艺研究[J].低温与超导，2010，38（07）：33-34.
[2]宋金良.小型分置式斯特林制冷机的研究概述[J].红外，2005（06）：26-31+48.
[3]李凌霄，张铠，曲家闯，汪洋.斯特林制冷机污染失效研究进展[J].真空與低温，2015，21（06）：311-314+342.
[4]张向朋.钛合金TC4与不锈钢1Cr18Ni9Ti加工比较研究[J].机械工程师，2013（06）：218-220.
路凯，1993.03.13，男，汉，河北省廊坊市，班组长，大专，廊坊展翔精密机械有限公司，研究方向：突破传统加工方式、利用专业性的技术手段突破加工难点。
1.引言
整体式斯特林制冷机具有机械振动小、可闻噪声低、可靠性高、结构性好、强冲击、震动等恶劣环境适应能力强等特点，适配与百万像素、大面阵焦平面探测器组件。广泛应用于预警、红外制导、红外搜索及跟踪、机载增强视觉、野外观测前视红外、无人机、热像观察成像、激光红外通讯等多种系统中。密封套作为整体式斯特林制冷机驱动压缩部分的密封件，对斯特林制冷机的气密性起到关键作用。密封套在斯特林制冷机中的作用其作为密封介质在机械制冷机封装中起到了广泛的应用。金属密封由于其可靠的工作方式，因此在制冷机封装应用前景非常广阔，值得进一步研究。若密封套圆柱度超过配合公差，其与内部压缩部件成非环形均匀分布，导致不良振动和侧向力的产生，进而缩短斯特林制冷机的寿命。
零件工艺分析及工艺难点
1.1尺寸加工难点
该零件是壁厚较薄薄壁套筒型零件，尺寸精度、表面精度及几何精度都要求很高，图纸要求如图1所示：
1）证内孔圆柱度0.005mm，内孔与槽底垂直度0.01mm，且加工时总长容易被拉长。
2）该零件属于薄壁零件，壁厚仅有0.25mm，加工时极易变性;
3）该零件尺寸精度较高，对加工过程中的刀具选取、操作技术等都提出了较高的能力要求;
4）该零件表面粗糙度要求较高，对加工时装夹方式提出了较高要求;
5）该零件内孔与其他表面相对位置要求较高，对加工过程中的定位装夹要求较高。
1.2材料难点
不锈钢1Cr18Ni9iTi韧性和低温韧性好，没有冷脆倾向且不具有磁性;金属表面被腐蚀时要形成“钝化”现象，从而提高了钢的耐蚀性具有较高的塑性;延伸率大 （延伸率为45%）故选用其为密封套的材料。但1Cr18Ni9iTi不锈钢在加工时的难点在于：
1）在切削过程中塑性变形大，使切削力增加。同时，由于1Cr18Ni9iTi不锈钢导热性差在加工过程中易产生严重的加工硬化， 致使其热强度高， 进一步增大了切削抗力。
2）由于C在1Cr18Ni9Ti钢中与Cr能形成碳化物在晶界析出，造成晶界周围贫铬，出现晶间腐蚀，而使金属产生沿晶脆断的危险。由于密封套在保证尺寸精度的同时也要保证在5MPa的气压不能漏气，这也对加工时的产生的切削热的抑制提出了严格要求。
2.加工方法
对该薄壁密封套采用图工艺，具体加工工艺如下：
1）按照设计工艺时工序集中行和基准统一的原则，要保证内孔与外形的同轴度。对密封套外形直接加工到图纸要求，但考虑到加工内孔时热变形，薄壁外形需加工到下差。
2）调头用夹具装夹外形，粗车内孔。开粗先使用钻头以减少加工时间，再使用内冷车刀进行精车。由于密封套内孔尺寸较深，在加工时外部冷却液不能够对加工部位及时冷却，导致薄壁部分拉长变形，因此选用内冷车刀进行加工，内冷刀可以有效对深孔切削部分进行冷却，减少热变形。精车参数如表1所示。
3.装夹夹具设计
鉴于第一道工序直接将外形加工到图纸要求，在后序调头加工装夹时时会将薄壁部分划伤甚至挤压变形。需在调头加工时在外形上套上钢套，减小薄壁收到的压强，避免装夹引起的变形。由于钢套与密封套配合紧密，再取出时划伤是不可避免的。经研究发现把钢套内孔与工件外圆接触面进行灌胶处理，让钢套内孔表面附聚氨酯PU弹性体如图3所示，就不会和钢件产生摩擦的划痕。为保证装夹精度需要先在钢套内灌满胶，在车床上车出密封套外形，保证装配间隙在0.05以内。
4.工艺改进前后对比
之前1件密封套砂划痕的时间大概在2分多钟，在制作夹具后有效消除了划痕的产生，减少了一道工序，避免外观不良的返修问题。同时，在开粗和精车两道工序也做了改进，之前粗车内孔时，加工步骤是：φ8钻头--φ12U钻--内孔刀，而且以前φ8钻头差不多12小时至少要磨一次，不然就会存在拉长的现象，内孔刀要从φ12mm一直开粗车到φ15.5mm，导致刀粒磨损严重。改进后的加工步骤：φ8魔术钻头--φ12U钻--φ16U钻，换成魔术钻头后，钻头是可替换刀粒的，节省了一部分时间，把内孔刀换成了φ16的U钻，相比改进前的效率提高了52%左右。
为了保证加工质量及尝试性在精加工方面提高效率，在精加工时，把S系列的内孔刀换成了A系列的内冷高速钢刀具，因内冷刀采用中心冷却的方式，大大降低了工件和刀具在切削过程中产生的热变形，使工件在加工中稳定性相对提高，相比改进前的效率提高了42%。
在改进前会应该外圆拉伤、内孔刀具冷却不到位导致刀具磨损，在过程中造成拉长及不稳定状态，报废率一直都会在5%左右，通过这两批的加工，由于内孔加工全部采用内冷加工，有效的解决了变形等不稳定问题，统计的报废率在1.5%，在产品质量成本控制进一步提升。
5.总结
1）使用伸缩率较大材料加工薄壁件时，在加工外形时要贴近尺寸要求下差，尽量在变形后尺寸控制在尺寸公差内。
2）对深孔薄壁件进行车削加工时，为减少热变形，降低刀具磨损率，最好选用内冷刀杆进行加工。
3）对于形位公差要求较高的薄壁件。要严格遵守工序集中和基准统一的工艺设计原则。以减少因多次装夹造成的误差。
4）在加工类似套件时，可以采用灌胶夹具。这种夹具既能防止装夹时划伤，更能保证装夹的位置精度，同时节约装夹时间。
参考文献
[1]范仙红，杨萍.斯特林制冷机薄壁气缸加工工艺研究[J].低温与超导，2010，38（07）：33-34.
[2]宋金良.小型分置式斯特林制冷机的研究概述[J].红外，2005（06）：26-31+48.
[3]李凌霄，张铠，曲家闯，汪洋.斯特林制冷机污染失效研究进展[J].真空與低温，2015，21（06）：311-314+342.
[4]张向朋.钛合金TC4与不锈钢1Cr18Ni9Ti加工比较研究[J].机械工程师，2013（06）：218-220.
路凯，1993.03.13，男，汉，河北省廊坊市，班组长，大专，廊坊展翔精密机械有限公司，研究方向：突破传统加工方式、利用专业性的技术手段突破加工难点。