風(fēng)扇增壓級(jí)整體鼓筒數(shù)控車加工技術(shù)研究

朱 穎 何東敏

（沈陽(yáng)黎明航發(fā)集團(tuán)公司轉(zhuǎn)包與民機(jī)事業(yè)部，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 引言

CFM56-5B渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有大函道比，高推力的特點(diǎn)，主要裝配在A319,A320,A321飛機(jī)上，增壓級(jí)整體鼓筒件作為關(guān)鍵核心轉(zhuǎn)子件，主要作用是為發(fā)動(dòng)機(jī)提供大的外函推力，CFM56-5B增壓級(jí)鼓筒是公司承攬的法國(guó)SNECMA公司的轉(zhuǎn)包新件，也是公司所承擔(dān)的第一個(gè)核心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)包件，該零件的加工是對(duì)現(xiàn)有制造水平的一個(gè)挑戰(zhàn)，也是提升制造能力的契機(jī)，本文主要介紹了零件數(shù)控加工中的技術(shù)問(wèn)題的處理及結(jié)論。

1 零件的結(jié)構(gòu)、材料特點(diǎn)及加工工藝性

該零件的材料相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)材料鈦合金TC4，因?yàn)殁伜辖鸹瘜W(xué)親和力強(qiáng)，導(dǎo)熱性差并且強(qiáng)度高，在加工中會(huì)使切削溫度大幅提高、刀具磨損加劇,因此成為切削加工性較差的難加工材料。作為整體鼓筒件結(jié)構(gòu)上有四級(jí)環(huán)型燕尾槽，四級(jí)燕尾槽工作面上的面輪廓度只有0.04mm，并且還必須保證傾斜度在0.025mm之內(nèi)，盤鼓最大直徑為Φ804mm，零件整體高度為近470mm，鼓筒壁厚最小厚度只有2mm，同時(shí)零件外型面有四組封嚴(yán)篦齒，篦齒外徑的尺寸公差在0.1mm之內(nèi)，作為大直徑薄壁零件，零件的數(shù)控加工過(guò)程直接影響到零件的最終交付質(zhì)量。

圖1 零件照片

2 零件工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1 主要的加工工藝路線如下：

該零件的毛料為整體精化料，毛料已經(jīng)進(jìn)行了超聲波檢查，零件受超聲波檢查型面的影響，型面簡(jiǎn)單，但尺寸的余量不均勻，需要在粗車工序中去除零件各處大的不均余量。

圖2 工藝路線圖

針對(duì)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車加工工序盡量集中，保證有壁厚要求的內(nèi)外型面盡量在同一工序中進(jìn)行加工，并且保證零件在加工中的加工剛性盡量最好。這樣的安排可以保證零件在加工過(guò)程中所擁有最佳的剛性。針對(duì)該零件型面復(fù)雜、余量比較大的特點(diǎn)，各型面的加工均分為粗加工和精加工兩部分，對(duì)余量大的型面，改變傳統(tǒng)的沿型面走刀方式，避免因?yàn)樾兔娓魈幱嗔坎痪鶆蛞滓鸺庸ぶ械膹椥宰冃蔚牟蛔?，采用徑向走刀的方式，先加工去掉型面余量大的部分，為精加工留出均勻的小的加工余量，再采用沿型面走刀的方式，精加工各型面?/p>

在加工過(guò)程中針對(duì)零件結(jié)構(gòu)薄弱的特點(diǎn)，切削加工鈦合金應(yīng)選擇剛性好、功率大、具有大的變速范圍和進(jìn)給范圍的機(jī)床，以便于調(diào)整切削參數(shù)。鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)很小，容易造成刀具溫度很高，使刀尖急劇磨損，因此在零件加工過(guò)程中必須考慮降低切削區(qū)域的溫度，保證冷卻液充足，壓力足夠。

3 關(guān)鍵工藝技術(shù)問(wèn)題及解決途徑

3.1 周向四級(jí)環(huán)行燕尾槽的加工

1～4 級(jí)環(huán)形燕尾槽的加工是該件需要重點(diǎn)控制的工作環(huán)節(jié)，各級(jí)槽型工作面的面輪廓度為0.04，傾斜度0.025。傳統(tǒng)的焊接刀具精度保證不了加工的尺寸要求，因此四級(jí)環(huán)槽定制了專用的成型刀具，所用刀桿為標(biāo)準(zhǔn)刀桿，而刀片為非標(biāo)刀片，分為R及L兩種刀片，分別加工上、下槽型面。刀片刃部設(shè)計(jì)成三面刃，在同一個(gè)數(shù)控程序中可以實(shí)現(xiàn)半封閉槽型的一次加工，避免產(chǎn)生多余的接刀。在數(shù)控程序編制時(shí)，上下槽型加工時(shí)通過(guò)程序中控制槽肩尺寸來(lái)間接保證整體槽型在公差帶范圍內(nèi)。

圖3 燕尾槽機(jī)夾刀具

3.2 數(shù)控加工中尺寸精度的保證

零件型面復(fù)雜、尺寸多、精度高。在數(shù)控加工中，會(huì)有很多尺寸在加工過(guò)程中不能直接測(cè)量，解決尺寸檢測(cè)及保證的問(wèn)題，是數(shù)控車加工中應(yīng)特別關(guān)注的問(wèn)題，針對(duì)這些不易測(cè)量的尺寸，在編制數(shù)控程序中，充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，考慮將能直接測(cè)量的尺寸與不能測(cè)量的尺寸，在同一程序中進(jìn)行加工，通過(guò)控制能測(cè)量尺寸的實(shí)際值來(lái)間接控制不能直接測(cè)量的尺寸，以控制公差較小尺寸間接控制相對(duì)公差大的其他尺寸，解決了型面復(fù)雜不容易檢測(cè)的問(wèn)題，同時(shí)也減少加工中測(cè)量時(shí)間。特別是四組外篦齒，受所在位置軸向高度的影響，測(cè)具檢測(cè)有一定的誤差，對(duì)測(cè)具的制造能力要求很高，為此編制一個(gè)數(shù)控程序，將所有的篦齒外徑與一處易檢測(cè)的外徑在一次走刀中連接起來(lái)，通過(guò)控制可檢的外徑值來(lái)控制篦齒的外徑加工尺寸。

3.3 車加工中變形控制

該零件大直徑薄壁的特點(diǎn)決定著加工中存在著一定的變形，零件的變形導(dǎo)致切削力的波動(dòng)，這易引起系統(tǒng)振動(dòng)。這些振動(dòng)的振幅，會(huì)直接影響到零件的加工精度。因此鈦合金零件的加工必須保證零件剛性足夠，在整個(gè)加工方案的制定過(guò)程中，充分考慮零件處于最佳的剛性狀態(tài)

3.3.1 粗車過(guò)程中對(duì)變形的控制

該工序加工中所去余量最大處近17mm，將使零件承受較大的切削力，為此零件裝夾必須牢固，防止加工中發(fā)生串動(dòng)。使用原有內(nèi)腔端面8點(diǎn)壓緊的同時(shí)，在零件上端面增加了一個(gè)大壓蓋，該大壓蓋固定于夾具底座上，采用軸向拉緊力連接，使零件與夾具連成一個(gè)整體，增強(qiáng)整個(gè)加工系統(tǒng)的剛性。

圖4 壓蓋壓緊示意圖

3.3.2 精車過(guò)程中對(duì)變形的控制

在精車零件小端時(shí)，因?yàn)樵摿慵w高度可達(dá)462mm，零件中、下段的鼓筒壁厚只有3mm，零件整體剛性較差。加工時(shí)零件下段根基比較薄弱，易產(chǎn)生振動(dòng)。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)推敲，最終制定了下圖所示中的定位夾緊方式。夾具上的支承面選擇在零件的中間段的端面上，零件整體的懸空高度下降，彌補(bǔ)了零件中、下段空虛的不足。

圖5 中間支撐夾具示意圖

精車零件大端內(nèi)外型面為關(guān)鍵的精加工工序,加工的型面較多,尺寸精度要求也較高。該工序加工過(guò)程中零件的整體剛性較弱，因此制定減振方案，制造了專用的內(nèi)、外型面減振夾具。

內(nèi)腔減振夾具主要支承整個(gè)鼓筒件上兩處相對(duì)薄弱的鼓筒壁，該兩處鼓筒壁厚車后只有2，減振部分采用分瓣結(jié)構(gòu)，采用大的扇形塊結(jié)構(gòu)，與零件接觸面設(shè)計(jì)成與零件的內(nèi)腔尺寸接近，保證與零件最有效的接觸。接觸部位采用較軟材質(zhì)的橡膠管做成，可以起到緩沖加工中的振動(dòng)及輔助支承零件的作用。在精車過(guò)程中通過(guò)使用輔助支承夾具，提高零件的整體抗振能力，減少了加工過(guò)程中零件的加工變形，為保證加工后的尺寸滿足零件最終要求的尺寸精度和形狀精度要求，提供了保障。

4 結(jié)論

綜上所述，增壓器轉(zhuǎn)子的加工能力雖然代表著第三代發(fā)動(dòng)機(jī)的制造水平，對(duì)于我們的制造水平是一個(gè)挑戰(zhàn)，但只要針對(duì)零件的具體特點(diǎn)，安排合理的加工路線，編制正確的數(shù)控程序，使用必要的輔助工裝，實(shí)施有效地過(guò)程控制，我們完全可以掌握該項(xiàng)制造技術(shù)，并也為其他類似零件的加工拓展了思路，積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]仲玉斌.發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁零件的加工.航空工藝技術(shù).1990，4

[2]宣安光.現(xiàn)代制造技術(shù)與數(shù)控加工設(shè)備的發(fā)展.杭州機(jī)械.2000，3-4

[3]工程材料實(shí)用手冊(cè)編輯委員會(huì)編.工程材料實(shí)用手冊(cè).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989

[4]王運(yùn)巧，梅中義，范玉青.航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形控制研究.現(xiàn)代制造工程.2005，1