CF6-80E型航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇整流罩車加工變形控制

閆 龍 臧笑宇 徐厚乾 王華東

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

本文針對GE航空CF6-80E型發(fā)動機(jī)風(fēng)扇整流罩車加工變形控制問題進(jìn)行研究，共有兩個技術(shù)瓶頸困擾和制約該件號零件的批產(chǎn)交付，首先是零件車加工變形導(dǎo)致零件壁厚差不合格和動平衡量過大，需返修；其次是零件小端基準(zhǔn)在零件進(jìn)行完噴丸工藝后膨脹變形，需要進(jìn)行二次返工，返工率達(dá)到100%，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。通過對零件加工過程的跟蹤和數(shù)據(jù)的收集分析，制定合理有效的改進(jìn)工藝方案，實現(xiàn)加工變形控制。

2 零件類型

零件最大直徑φ800.56mm，高318.8mm，各處壁厚分別為3.175mm和4.762mm，壁厚差要求0.07mm最大，小端基準(zhǔn)尺寸及技術(shù)公差要求均為0.10mm。屬于大直徑薄壁易變形件，零件裝配位置為CF6-80E型發(fā)動機(jī)最前端，用于整流進(jìn)氣，零件壁厚差和平衡量控制直接影響零件的工作狀態(tài)，需要嚴(yán)格按照設(shè)計圖要求進(jìn)行控制。

零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，內(nèi)型有兩處半封閉行腔組成，外型是由多組型面點構(gòu)成的曲面，零件內(nèi)外型有多處軸向和徑向孔，且在兩處安裝邊上分布有花邊，加工工藝路線較長，有噴丸，熒光，陽極化，涂漆多種特種工藝，并且在單件和組件裝配后均需要進(jìn)行動平衡檢測。

3 研究目標(biāo)和解決方案

3.1 材料特點

零件材料AMS4147鋁合金，加工需要選擇鋒利大正前角刀具，加工中和加工后最重要的是對零件進(jìn)行防腐，以保證零件在加工滿足要求的同時不受到非加工因素的影響導(dǎo)致返工或報廢。

3.2 工藝

車加工工藝路線：

4 檢查毛料—15粗車小端基準(zhǔn)—20粗車大端—25粗車外型面—30粗車內(nèi)型面小端—35半精車外型面—40半精車內(nèi)型面—42精車基準(zhǔn)—45精車外型面—50精車內(nèi)型面......100噴丸—110車小端基準(zhǔn)。

3.3 問題分析

第一，零件大部分余量都是在20/25/30三道工序去除，其中20工序去除零件內(nèi)部型腔余量達(dá)到單邊22mm以上，并且通過余量圖計算得到的余量分布并不均勻，這樣給后續(xù)半精加工留有余量過大，導(dǎo)致在半精車工序還需要對內(nèi)型腔進(jìn)行去除剩余大余量，這樣就會對零件的狀態(tài)產(chǎn)生第二次影響，后期加工如果應(yīng)力再進(jìn)行逐步釋放后會加大零件變形，進(jìn)一步影響零件狀態(tài)，同時由于粗車是在普通立車進(jìn)行，半精車是在數(shù)控立車進(jìn)行，這樣也會大大影響加工效率。

第二，零件的壁厚差和變形集中突顯是在45/50精車內(nèi)外型面兩道工序，先進(jìn)行外型精車加工后進(jìn)行內(nèi)型精車加工。經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤零件加工狀態(tài)，零件在加工45工序外型面后零件的外型圓度與基準(zhǔn)圓度都在0.05-0.09之間，符合設(shè)計圖要求和壁厚差要求；在進(jìn)行50工序精車內(nèi)型后，零件狀態(tài)發(fā)生巨大變化，經(jīng)過分析，由于零件在進(jìn)行完45工序是零件壁厚已經(jīng)達(dá)到4.175mm，比較薄，強(qiáng)度要弱于半精車時的零件，這樣在進(jìn)行50工序加工零件內(nèi)型腔時，由于結(jié)構(gòu)限制，使用的大部分為球形刀具，這樣車削時的切削抗力鉸大，并且車削走刀方向軸向與徑向均有，零件反復(fù)受力作用下產(chǎn)生嚴(yán)重變形，也造成壁厚不均勻；同時也會使得零件在動平衡時平衡量過大，造成零件100%返修。

第三，零件由于去除量大，車加工使得零件狀態(tài)變化時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力逐步積攢，在零件進(jìn)行100工序噴丸后，零件內(nèi)應(yīng)力得到釋放，造成零件小端基準(zhǔn)直口尺寸變大，這樣零件就要進(jìn)行110工序車修基準(zhǔn)，零件在全部車加工完成后進(jìn)行重新車修基準(zhǔn)，這樣基準(zhǔn)產(chǎn)生變化，就會對零件的整體狀態(tài)和相關(guān)尺寸，技術(shù)條件產(chǎn)生影響；此外，車加工過程中的鋁削和冷卻液也會對噴丸后零件產(chǎn)生污染。

3.4 工藝解決方案

首先，根據(jù)加工余量分布不均勻問題重新繪制余量分布圖，將粗加工余量進(jìn)行調(diào)整，在最大限度去除毛料余量，改進(jìn)后，內(nèi)型腔單邊多去除余量8.56mm，給半精加工留有余量更加均勻，達(dá)到2.5-3.5mm；這樣也使得半精車工序進(jìn)行后零件的狀態(tài)好于原工藝方法。

其次，根據(jù)上述問題分析，制定控制零件變形，保證壁厚差方案為將零件兩道精車加工工序順序進(jìn)行對調(diào)調(diào)整，這樣調(diào)整后，就可以實現(xiàn)在加工較難，對零件狀態(tài)影響較大的精車內(nèi)型工序時，零件的整體壁厚較厚，零件整體強(qiáng)度好于精車外型進(jìn)行后的零件；同時在精車完精車內(nèi)型工序后，單工序保證了零件內(nèi)型部分的尺寸和技術(shù)條件要求。此后，進(jìn)行精車外型面，該工序的余量非常均勻，都是隨著零件的曲面分布的，并且精車外型面只需要一條加工程序，零件切削狀態(tài)始終保持一致，切削力方向也保持一致，這樣就不會影響到零件的整體狀態(tài)，保證了零件壁厚差要求的同時也很好的控制住了零件變形，達(dá)到預(yù)期目的。

最后，我們對零件小端基準(zhǔn)在車加工后和噴丸膨脹后的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，共收集了兩個批次15件零件的數(shù)據(jù)，經(jīng)過對比，零件在噴丸后小端基準(zhǔn)都會因為應(yīng)力釋放而膨脹變大，變化量在0.11-0.15mm之間。得到以上的變化量區(qū)間后，我們對零件精車基準(zhǔn)工序的基準(zhǔn)尺寸進(jìn)行調(diào)整，將變化量計算入加工公差范圍內(nèi)。調(diào)整后繼續(xù)對現(xiàn)場加工零件數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤一個批次，共6件，零件變化量全部控制在設(shè)計圖要求范圍內(nèi)，100%符合要求。

4 結(jié)論與成果

經(jīng)過以上對三種問題的分析和改進(jìn)，解決了零件的車加工變形及壁厚差不均勻問題。粗車余量的調(diào)整，在控制住零件變形的基礎(chǔ)上，提高了零件半精車效率8小時，提高生產(chǎn)效率25%以上；零件小端基準(zhǔn)的尺寸公差調(diào)整，100%消除了噴丸后零件小端基準(zhǔn)膨脹不合格問題，徹底解放了110工序，節(jié)約加工時間和生產(chǎn)準(zhǔn)備時間6小時；獲益最大的就是兩道精車工序的調(diào)整，解決了零件變形和壁厚差不均勻問題，保證了零件加工狀態(tài)，使得一次加工合格率達(dá)到100%，也減少了零件不平衡量。

[1]某型渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子整流罩的車加工[J].現(xiàn)代零部件，2006.