某渦輪機(jī)匣銑加工工藝研究

王 濤 郝曉光

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 引言

該渦輪機(jī)匣材料為INCONEL高溫合金，這些極具挑戰(zhàn)的工件材料往往對(duì)加工造成諸多影響，一般對(duì)車削不會(huì)產(chǎn)生太大影響，而對(duì)銑削影響較大，往往需要多次銑削去除大量材料，這樣耗費(fèi)了大量的成本。傳統(tǒng)銑削刀具不能高效率的完成該使命，銑削中的刀具迅速磨損及大量的切削熱甚至?xí)诨镀榇诉x用能夠減少刀片切削刃的溝槽磨損，并能采用更高的進(jìn)給量的銑削刀具，成為確保加工安全高效的關(guān)鍵所在。為了追求更大的推重比，機(jī)匣設(shè)計(jì)了大量采用島﹑槽﹑筋等結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)的加工工藝就需要精心規(guī)劃，往往需要設(shè)計(jì)大量非標(biāo)刀具達(dá)到去除材料的目的，加工時(shí)還必需考慮到薄壁件的一些列加工變形問題。

本文就某PW渦輪機(jī)匣加工難點(diǎn)進(jìn)行深入分析，精心設(shè)計(jì)銑加工工藝，并進(jìn)行實(shí)際加工，摸索加工規(guī)律。

2 零件分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析

該渦輪機(jī)匣為典型薄壁環(huán)形高溫合金件，最大外圓為1063mm，高為130mm，壁厚僅為2.3mm。主要結(jié)構(gòu)有：

（1）大﹑小端面共有130個(gè)開口槽及260多處孔；

（2）靠近大端面內(nèi)型有一加強(qiáng)筋，筋上有四組不同大小共169孔，其中有一直徑僅為2.18mm的盲孔和84個(gè)直徑為3.3mm精度較高的鉚接孔，筋的下端有42個(gè)U型窩；

（3）中部斜面上有四個(gè)不均布的島，每個(gè)島上有6處螺紋孔，其中兩處為盲孔，每個(gè)島子中間有內(nèi)外不同心的孔；

（4）小端較為復(fù)雜，尤其是小端內(nèi)型槽，屬于凹陷的形式，加工十分困難，63處偏心腰槽與底面為25.5°，與噴涂槽相通，無(wú)論是加工還是噴涂，都是個(gè)挑戰(zhàn)。

2.2 加工難點(diǎn)分析

難點(diǎn)1：零件大部分余量需要采用銑削的方式進(jìn)行去除，特別是零件外型側(cè)壁上，有近17mm余量，采用傳統(tǒng)的整體硬質(zhì)合金銑刀或盤銑刀，效率將十分低下；

難點(diǎn)2：島嶼中心孔采用傳統(tǒng)的鉆削方式又會(huì)擔(dān)心產(chǎn)生較大的變形，采用硬質(zhì)合金刀具去余量，會(huì)消耗大量刀具，且效率十分低下；

難點(diǎn)3:小端內(nèi)型面的63處腰槽，寬度僅為6.3mm，長(zhǎng)度為17.27mm，為保證零件加工精度，需要采用刀補(bǔ)程序，這樣刀具選用就限定了一定的范圍，還必需要求刀具具有一定的長(zhǎng)度，防止出現(xiàn)加工碰撞。

3 加工難點(diǎn)解決方案

3.1 斜面去余量解決方案

由于余量過大，采用了伊斯卡Φ40R2飛碟銑刀進(jìn)行粗去余量，嚴(yán)格沿切線切入﹑切出，防止出現(xiàn)打刀，并采用內(nèi)冷方式對(duì)刀具進(jìn)行冷卻。如圖1所示，加工一個(gè)型面需加工四刀，每加工一刀，觀察并更換刀片，參數(shù)轉(zhuǎn)速為S=200r/min，f=350mm/min， ap=1mm.將余量完全去除共消耗刀片20片。

由于切線切入切除，必然有較多殘留，所以需要清根，同樣也不選用效率低且成本高的整體硬質(zhì)合金刀具，而選用山高Φ32R6可換刀片刀具進(jìn)行加工。為防止出現(xiàn)打刀，將島子每側(cè)清根分成5個(gè)程序分層加工切削，參數(shù)為S=400r/min，f=150mm/min，ap=1mm。比傳統(tǒng)硬質(zhì)合銑刀去余量加工效率提高較多，同樣降低了大量的刀具及人工成本，見圖1。

圖1 飛碟銑刀去斜面余量

3.2 斜面島子中間孔去余量解決方案

傳統(tǒng)方案為采用U鉆直接鉆孔，這樣會(huì)產(chǎn)生較大的力，會(huì)造成零件出現(xiàn)較大變形，而且容易出現(xiàn)零件竄動(dòng)的現(xiàn)象，對(duì)夾具也是個(gè)考驗(yàn)。或者采用整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆底孔后采用大直徑合金銑刀銑孔，這樣效率比較低，成本也較高。針對(duì)這些問題，決定選用而選用山高Φ32R6可換刀片刀具進(jìn)行螺旋銑，這樣既節(jié)省了刀具，又提高了效率。加工路線如圖2所示。采用螺旋銑，銑出盲孔，為后續(xù)精銑加工留取足夠的余量。切削參數(shù)為，S=397r/min， f=40mm/min，ap=1mm，見圖 2。

圖2 螺旋銑去余量

3.4 銑63腰槽

首先，采用D5R0.2銑刀銑出平面。采用UG CAM 的Z LEVEL方式編制銑斜平面的程序，留取0.5mm余量。銑出該平面為打孔去余量做好準(zhǔn)備。其次，采用D3鉆頭進(jìn)行打點(diǎn)及鉆孔，在腰槽中鉆出3個(gè)孔，這樣可去除大部分余量，也能有有效的預(yù)防D5銑刀的打刀現(xiàn)象。采用UG CAM編制出鉆孔程序。再次，采用D5銑刀進(jìn)行粗銑.使用UG CAM的ZLEVEL編制方式編制分層粗銑的方式，每層深度0.5mm，單邊留取0.2mm余量。最后，采用D5銑刀進(jìn)行精銑，使用UC CAM固定軸銑方式，編制輪廓程序，使用刀補(bǔ)進(jìn)行加工，保證零件加工合格。加工時(shí)必須注意使用輔助支撐夾具對(duì)零件小端進(jìn)行支撐，盡量降低加工時(shí)的切削振動(dòng)，防止刀具斷裂。

結(jié)語(yǔ)

通過PW公司零件新件研制任務(wù)的展開，對(duì)某渦輪機(jī)匣加工工藝進(jìn)行了精心的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并嘗試各種方案，攻克了諸多高壓渦輪機(jī)匣研制的技術(shù)難題，在大進(jìn)給去余量積累一定的經(jīng)驗(yàn)，充分掌握了大進(jìn)給銑刀使用方法，若渦輪機(jī)匣若采用切削刀具的耐熱性更高且不易與工件材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，具有出色的抗溝槽磨損性能的陶瓷刀片，效率將會(huì)大大提高，同樣也在腰槽加工刀具選用﹑參數(shù)選擇﹑變形控制等方面取得一定的成果。這些經(jīng)驗(yàn)為為我公司與PW公司長(zhǎng)期合作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 俸躍偉， 燕凱，趙明.NX在航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣銑加工中的應(yīng)用[J] .CAD/CAM與制造業(yè)信息化 ， 2013.