高壓壓氣機(jī)對(duì)開機(jī)匣組件的加工效率分析

臧笑宇 劉志超 畢富強(qiáng) 楊琢

摘 要：高壓壓氣機(jī)對(duì)開機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，車銑加工和精密孔加工工藝過程穿插進(jìn)行，加工成本較高。本文主要從設(shè)計(jì)工藝性、切削負(fù)荷均衡化、使用復(fù)合刀具簡化加工步驟和通過優(yōu)化切削參數(shù)提高材料去除率并延長刀具壽命方面討論加工效率的提高。

關(guān)鍵詞：加工效率；工藝性；切削負(fù)荷；復(fù)合刀具；材料去除率；刀具壽命

中圖分類號(hào)：V23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

高壓壓氣機(jī)對(duì)開機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上最復(fù)雜的零件之一，國際現(xiàn)役機(jī)型大多采用不銹鋼或鈦合金材料，零件兩對(duì)半間縱向安裝邊，兩半之間用對(duì)稱分布于縱向安裝邊上的精密孔及精密螺栓定位連接；零件前后端有安裝邊，用于與前后級(jí)機(jī)匣連接，零件內(nèi)部有流道面和用于安裝導(dǎo)向葉片的環(huán)形槽，有些機(jī)型對(duì)開級(jí)匣組件在零件后端整合了中介機(jī)匣，沿機(jī)匣前后方向分布多級(jí)可調(diào)葉片安裝孔，每組孔內(nèi)部有锪平并在锪平后沿加工出用于容納可調(diào)葉片在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)保持葉尖間隙的形狀，典型的對(duì)開級(jí)匣結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在對(duì)當(dāng)前國際上多個(gè)較新機(jī)型同類件的設(shè)計(jì)和加工交叉比較過程中找出了國產(chǎn)機(jī)型成倍降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的同類零件加工成本的改進(jìn)途徑，主要包括如下要點(diǎn)：改進(jìn)工藝性、優(yōu)化走刀方式、使用復(fù)合刀具、優(yōu)化切削參數(shù)以及依靠機(jī)床精度。

2 零件加工過程改進(jìn)要點(diǎn)介紹

2.1改進(jìn)工藝性

主要包括如下內(nèi)容：

（1）前后安裝邊采用止口定位加一個(gè)腰型孔定角向，放棄國內(nèi)采用過多精密孔嚴(yán)重的過定位。

（2）縱向安裝邊孔放棄單件分別鏜孔導(dǎo)致的過定位問題，采用組合鉸并減少精密螺栓的使用數(shù)量。

（3）靜葉安裝孔內(nèi)的襯套允許選配，分組后孔徑公差放開一倍，靜葉安裝孔深度也采用墊片選配放開公差。

（4）機(jī)匣外表面的形狀要求按照走刀及殘留要求，避免無用的清根。

（5）靜葉安裝孔的方向或是說沿軸向角度，修改為垂直于軸線。

（6）采用自動(dòng)設(shè)備進(jìn)行鉗修工作，如震動(dòng)光飾加濕玻璃丸。

2.2將切削負(fù)荷均衡化

針對(duì)粗銑大余量，優(yōu)化走刀路線使刀具在更長時(shí)間內(nèi)發(fā)揮出實(shí)際性能：一，減少拐角降速或在數(shù)控程序內(nèi)添加加減速指令，僅采用軟件添加等去除率優(yōu)化而調(diào)解進(jìn)給率的方法由于過多的非幾何學(xué)的因素的影響導(dǎo)致效果十分有限，因而這種方法需求人為對(duì)程序進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，常用于半精加工和精加工。減少拐角降速法是指通過調(diào)整加工順序，將清根程序提前，去余量程序改成沿周邊最大切寬狀態(tài)進(jìn)行，使拐角處不需要進(jìn)行大幅度減低進(jìn)給，應(yīng)用小主偏角的快進(jìn)給刀具或大尺寸圓刀片，應(yīng)用較小切深時(shí)，切削力偏向刀具軸向，加工震動(dòng)問題得以解決，因而可以進(jìn)一步提高切削速度。二，減少切入和切出和大量應(yīng)用往復(fù)坡走和連續(xù)螺旋進(jìn)刀方法，這樣在只能應(yīng)用較低坡度條件下可以進(jìn)行更大深度位置的進(jìn)刀，有些情況還可以代替鉆頭工作，避免銑刀由于刀具中心位置線速度過低導(dǎo)致的異常損傷；減少切入和切出的過程與減少拐角方式的實(shí)現(xiàn)方法類似，常用最大切寬沿周邊方法代替沿同一方向或往復(fù)加工方法。沿用一方向每行都需要一次切入切出，空走刀過程造成加工時(shí)間的浪費(fèi)，往復(fù)加工每次轉(zhuǎn)向相當(dāng)于一次切入拐角，且順逆銑交替進(jìn)行，加工超級(jí)耐熱合金類材料不適用，沿周邊方法除了第一次切入以外，其余過程不需降速，且逆銑的過程僅僅出現(xiàn)在切入過程，試驗(yàn)表明加工效率同刀具耐用度與其它方法相差近一倍。

2.3使用復(fù)合刀具進(jìn)行孔加工合并加工步驟

以對(duì)開機(jī)匣上常見的靜子葉片安裝孔加工常用鉆、擴(kuò)、鏜、鉸和倒角方法，通常需要5把刀具，應(yīng)用復(fù)合刀具使除鉸孔外全部使用復(fù)合刀具一次完成。減少加工時(shí)間一倍以上。

2.3通過加工參數(shù)來提高材料去除率和延長刀具壽命

引起合金涂層刀具上硬質(zhì)耐磨類涂層損傷、異常磨損或失效常見原因包括毛刺、切削刃溫度、涂層所承受的拉應(yīng)力。

切削區(qū)域材料塑性變形過大使得待加工表面出現(xiàn)的毛刺會(huì)引起刀具溝槽磨損，之后形成其他破損形式，通過調(diào)整切削時(shí)刀具實(shí)際主偏角減少毛刺形成或分散磨損位置可減少溝槽磨損。

切削刃溫度與切削參數(shù)有關(guān)實(shí)際上切屑厚度，切屑寬度和冷卻時(shí)間更直接與切削刃溫度相關(guān)。切屑厚度和切屑寬度是由進(jìn)給值、刀具幾何形狀、切深決定的；冷卻時(shí)間同切寬有關(guān)；涂層所受到的拉應(yīng)力一方面同切入和切出位置相關(guān)，一方面與加工震動(dòng)有關(guān)，逆銑的切出和切寬接近刀具半徑的切入是會(huì)引起瞬時(shí)拉應(yīng)力，加工震動(dòng)也也引起交變的拉應(yīng)力。

在避免上述問題的的狀況下討論材料去除率和刀具壽命才有意義，加工對(duì)開機(jī)匣由于刀具形狀和受力方向因素影響，切削三要素的選擇還要根據(jù)具體情況，原則上是加大切深，其次加大進(jìn)給，最后加大線速度。

3 加工較精密特性時(shí)誤差的降低方法

現(xiàn)代數(shù)控加工中心一般定位精度12um，重復(fù)定位6um，較高精度的鏜床則精度更高，但對(duì)于某些尺寸較大，高度較高的零件加工，往往由于其動(dòng)作行程較大或差補(bǔ)過程計(jì)算的舍入等因素導(dǎo)致精度損失，提高加工精度有如下經(jīng)驗(yàn)：第一，為了減少計(jì)算舍入，盡量使零件同工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心保持同軸；第二，盡量在零件上被加工特性相同高度下建立工件坐標(biāo)系，因?yàn)殚L期使用的機(jī)床幾何精度也將影響零件加工結(jié)果；第三，對(duì)于很多擺動(dòng)結(jié)構(gòu)主軸的加工中心而言，為了達(dá)到更大的整體剛度，采用了一個(gè)沿45°方向回轉(zhuǎn)的主軸擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，主軸旋轉(zhuǎn)角度同刀軸斜度為A=arc cos（2cos a -1）關(guān)系，會(huì)轉(zhuǎn)軸計(jì)算更加復(fù)雜因而需要將機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的X、Y、Z、擺動(dòng)頭的擺長、擺長差等參數(shù)定期校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]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[J].現(xiàn)代制造工程，2005.

[2]陳本柱.航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷加工工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].航空工藝技術(shù)，1995（02）.