某風(fēng)扇框架機匣加工工藝研究

張宏升 趙彥軍 王文秋

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 引言

近年來隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種新型合金材料都被大規(guī)模使用，其中鋁合金材料是現(xiàn)代航天航空工業(yè)重要的結(jié)構(gòu)材料，鋁合金材料有著很高的合金比剛度，比強度，加工性能好，很高抗應(yīng)力性能和抗剝落腐蝕性能，而且斷裂韌性較好，抗疲勞裂紋擴展能力強，但該材料耐腐蝕性較差，塑性高，切削時易粘刀。本文所介紹的機匣就是使用鋁合金材料的框架機匣，該機匣另有的特點就是壁厚較小，機匣側(cè)壁角度較大，剛性較差，盡管圓周方向一圈加強筋對該結(jié)構(gòu)有一定的固定作用，控制變形成為該零件加工的關(guān)鍵，本文針對該機匣的特點對各部分問題逐一試驗，摸索加工規(guī)律，為今后此類零件的加工奠定基礎(chǔ)。

2 零件分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析。該零件為典型的鋁合金零件，材料牌號為AMS4147，該材料更容易發(fā)生腐蝕，該零件的高為360mm，大端最大直徑為φ842mm，小端最大直徑為φ570mm，最薄壁厚處僅為5.9mm：（1）該零件在靠近小端斜面上有3個直孔，其中2個直徑大小為φ26mm，1個直徑為φ8.7mm，以及10個斜面孔，直徑均為φ27mm。（2）在零件的小端面共計有60余個孔，在小端背面有一個T型槽，且小端與其他零件為過盈裝配，多處尺寸公差和技術(shù)條件都較嚴(yán)，鉆孔前后直徑尺寸變化較大。（3）零件中部有一個加強筋，該加強筋上有20個均布孔。（4）零件大端為該零件的設(shè)計基準(zhǔn)，在端面上有84個孔，鉆孔對大端基準(zhǔn)的影響較大，背面有一個反勾槽，該槽尺寸公差較嚴(yán)且在零件變形量較大的情況下該處接刀成為該零件的關(guān)鍵。

2.2 加工難點分析。難點1：大端面孔的加工，在大端面上分布84個均布孔，由于該零件剛性較差，加工過程中零件變形，造成孔位置度超差；難點2：斜面上直孔的加工，在加工斜面上直孔時無法采用傳統(tǒng)的鉆、擴、鉸的加工方法，斜面上無法直接打點或者鉆孔，用銑刀窩出平面后鉆孔會出現(xiàn)鉆孔過程中鉆頭一半在零件內(nèi)一半露出機體，孔同樣會鉆偏；難點3:大端面反勾槽的加工，該槽有裝配要求，直徑公差較嚴(yán)，鉆孔前后該槽的尺寸變化較大，正常加工無法保證槽尺寸。

3 加工難點解決方案

3.1 大端面孔加工方案。加工該零件大端84個 Φ8.66～ Φ8.94孔，該孔使用8.5鉆頭鉆孔，8.7鉸刀鉸孔，經(jīng)過多次加工發(fā)現(xiàn)所有孔的尺寸合格，但是所有孔的位置度均有超差現(xiàn)象，通過檢測數(shù)據(jù)分析，孔的角度偏差不超過0.01度，為正?，F(xiàn)象，所有孔的極半徑比理論值小0.3～0.5不等，經(jīng)分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要有以下兩點：（1）待加工的孔加工在大端面的槽中，槽底面與大端面有一個R0.5的轉(zhuǎn)接，在鉆孔中鉆頭鉆在R上會產(chǎn)生一定偏差（圖1）。（2）由于該零件的壁厚較薄，零件的斜度較大，剛性較差，在加工中受軸向力的影響零件圓周方向向外擴張，在加工后零件恢復(fù)，造成零件的極半徑偏小。

針對以上分析，通過夾具改進和優(yōu)化刀具選用等方面進行改進：（1）針對零件剛性不足的情況，通過增加輔助支撐來人為增加零件的結(jié)構(gòu)剛性，在H部位增加輔助支撐可以有效的提高剛性同時減少銑削加工的振動量，但在安裝輔助支撐的同時一定要壓表安裝，防止將零件頂變形。（2）更改刀具的選用，鉆孔后應(yīng)使用銑刀或者擴刀來修正孔的位置度，使用Φ8.7的銑刀代替Φ8.7的鉸刀，可以有效的修正孔的位置度。

3.2 斜面上直孔加工方案：（1）首先考慮在加工小端時加工2個斜面直孔，但由于小端上沿的2個槽的公差影響2個斜面直孔的加工，在加工孔時可能加工到這2個槽，所以該孔只能在只能在大端加工。（2）由于該斜面的角度較小，在加工斜面孔時，如果使用加長刀柄容易撞到零件側(cè)壁，所以只能使用加長刀桿，但加長刀桿強度不夠，在銑加工時發(fā)生振動，容易產(chǎn)生震紋。（3）由于零件的特殊結(jié)構(gòu)，加工的斜面處于懸空狀態(tài)，加工時零件會產(chǎn)生振動，也會產(chǎn)生很大的震紋。（4）由于該孔為斜面孔，零件壁較薄，該孔不能形成一個完整的孔，在加工時零件時如果使用鉆頭鉆孔，或是使用銑刀銑孔，會造成刀具單方向受力使孔的位置度超差。

圖1 大端面孔加工

通過以上分析，在以下幾方面進行改進：①改進刀具。改進刀具結(jié)構(gòu)，增加刀柄的直徑，保證刀柄的強度，減小刀柄加工零件過程中產(chǎn)生的震動量。②改進程序。將程序改為螺旋進刀，刀具軌跡沿著內(nèi)型面輪廓橢圓形進刀，保證刀具加工過程中側(cè)刃切削厚度相同，刀具在各個方向的受力相同，刀具不會走偏。

結(jié)語

對該風(fēng)扇框架機匣的加工的關(guān)鍵是如何控制零件的變形，首先應(yīng)注意溫度對加工零件的影響，溫度的變化對鋁合金零件影響尤其明顯，在余量去除較大的情況下冷卻液一定要充足，其次加工力對這種薄壁零件影響也十分嚴(yán)重，在加工中避免使零件受力方向在零件壁厚最薄的位置，再次夾具的選用也十分重要，結(jié)構(gòu)較為簡單的零件在加工中振動較大，夾具的輔助支撐十分必要，可以減少振動量的產(chǎn)生，也可以延長刀具的壽命，最后鋁合金零件的防腐也是至關(guān)重要，易腐蝕的材料在精加工中對冷卻液的要求較高，如果冷卻液不能滿足要求可以適當(dāng)考慮不使用冷卻液加工。

[1]高虹靜.淺論金屬切削加工切削液[J].物流工程與管理，2009.

[2]楊叔子.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.