對機(jī)匣零件加工工藝的研究

郭永明 曹津銘 謝振武

摘 要：近年來航空發(fā)動機(jī)的性能及設(shè)計結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)和提高。發(fā)動機(jī)機(jī)匣零件的材料、結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化，特別是具有復(fù)雜外型面的整體結(jié)構(gòu)機(jī)匣，其外型面的成形加工是普通機(jī)械加工工藝所不能實現(xiàn)的，文章將對航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣加工的幾種工藝進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)，通過對典型結(jié)構(gòu)機(jī)匣外型面大量的基礎(chǔ)試驗研究，在保證工藝要求基礎(chǔ)上，滿足了生產(chǎn)高效益的需求。

關(guān)鍵詞：機(jī)匣零件；加工工藝；研究

引言：近年來我國的航空制造行業(yè)在航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計研發(fā)、性能研發(fā)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計上在進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。在我國航空制造加工行業(yè)中已經(jīng)在應(yīng)用多種形式和規(guī)格的難以加工和制造的材料進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)和制造。除少數(shù)零件用鈦合金外，其余零件多采用高溫合金，不僅材料強(qiáng)度高、硬度高，韌性和延伸率大，而且導(dǎo)熱性能極差，這樣的問題就會導(dǎo)致航空制造行業(yè)的航空發(fā)動機(jī)的加工難度越來越大，在加工過程中出現(xiàn)的加工變形以及加工低效率問題已經(jīng)嚴(yán)重的制約了我國航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的生產(chǎn)制造和加工，因此對航空機(jī)匣的加工技術(shù)的研究勢在必行。

一、高效加工工藝分析

在航空發(fā)動機(jī)薄壁機(jī)匣加工的過程中，使用較為高效的切削加工技術(shù)進(jìn)行加工最主要的在于保障薄壁機(jī)匣切削過程的高效率以及高穩(wěn)定性。但是伴隨著我國航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣零件越來越薄的壁厚，以及越來越脆弱的零件加工剛性，這樣就給我國航空發(fā)動機(jī)薄壁機(jī)匣的加工帶來了非常大的變形風(fēng)險，導(dǎo)致了在加工的過程中切削過程容易出現(xiàn)震顫的狀況，嚴(yán)重的影響了加工零件的加工效率以及加工質(zhì)量。高效切削加工技術(shù)在應(yīng)用的過程中的主要思路就是要有效的利用沒有加工的零件位置進(jìn)行相應(yīng)的固定作用，作為切削加工的支撐，這樣能夠有效的保障切削加工的全過程處在一種剛性較強(qiáng)的情況。針對航空發(fā)動機(jī)的薄壁機(jī)匣側(cè)壁的加工，我們應(yīng)該將切削加工具體參數(shù)控制在一定的加工參數(shù)范圍之內(nèi)，我們在切削加工的過程中要使用分層切削加工，首先要在進(jìn)行切深加工的過程中使用大徑向，其次要在進(jìn)行切深的過程中使用小軸向。這樣的分層切削加工技術(shù)能夠最大限度的利用被加工零件的剛性和強(qiáng)度。在薄壁機(jī)匣型腔較深的切削加工過程中，我們要合理的利用長徑比較大的加工刀具進(jìn)行切削加工，這樣能夠較為有效的處理加工過程中出現(xiàn)的加工難題，能夠最大限度的規(guī)避加工過程中側(cè)壁同刀具的干涉情況。需要注意的是我們在切削加工的過程中還可以針對特殊的加工零件設(shè)計和采用特殊形狀的切削銑刀，這樣能夠最大限度的降低切削加工刀具在加工過程中導(dǎo)致的零件加工變形問題。

二、機(jī)匣加工過程中的切削加工刀具加工軌跡的優(yōu)化。

1.機(jī)匣切割運行軌跡優(yōu)化方案

在薄壁機(jī)匣的切削加工過程中，切削刀具的運行軌跡非常的重要，我們要保障在切削加工的過程中有效的規(guī)避切削加工刀具不接觸到切削的變形位置。在切削加工的粗加工過程中要進(jìn)行分層銑削，這樣能夠有效的均勻釋放加工應(yīng)力；在切削加工的過程中應(yīng)用往復(fù)形式的斜下刀能夠有效的降低切削刀具對于加工零件的垂直方向的加擠壓力；在切削加工的過程中要有效的確保刀具處于良好的切削狀態(tài)，磨損要及時更換。當(dāng)然，刀具軌跡優(yōu)化主要是在切削走刀加工路徑等問題上進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化，同時在優(yōu)化的過程中還要針對加工過程中的實際情況進(jìn)行加工零件的變形有效控制。

2.圓角切削加工過程中的刀具優(yōu)化路線具體方案

在我國航空制造行業(yè)中，航空發(fā)動機(jī)的薄壁機(jī)匣具有較差的剛性，如果在加工的過程中沒有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)刀方式，將會引起零件的變形。切削速度、加工深度等加工參數(shù)大，將產(chǎn)生較大的切削力，導(dǎo)致零件變形。因此，在切削加工的過程中，由于切削力的突然改變會造成加工刀具以及加工零件的變形量提升，會造成加工零件的加工尺寸加大誤差。切削加工的過程中切削振動會造成薄壁機(jī)匣的圓角出現(xiàn)加工振紋，嚴(yán)重的影響了零件的加工質(zhì)量以及加工精度。在切削加工的過程中，優(yōu)化圓角的切削刀具走刀路線，我們要有效的保障切削刀具的恒定加工切入角，或者提升刀具的加工路徑，盡量的減少加工零件圓角處的加工徑向切深，這樣能夠最大限度的降低有切削加工力突然變化導(dǎo)致的圓角加工質(zhì)量問題。零件圓角處的刀具優(yōu)化路徑方案，能夠

有效的保障切削加工的穩(wěn)定性，最大限度的減少零件的加工變形以及切削加工振動等問題，有效的提升零件的加工表面精度以及質(zhì)量。

三、主要零件制造難點分析和加工工藝

1.導(dǎo)向器機(jī)匣主要難點分析和加工工藝

導(dǎo)向器機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式為薄壁環(huán)型機(jī)匣 ，其主要加工工藝和難點是機(jī)匣上葉型孔薄壁處的數(shù)控車加工和葉型孔的切割加工。加工時零件易橢圓變形 ，薄壁處出現(xiàn)弧形變形 ，加工表面振紋大，表面粗糙。通過合理安排粗精加工余量和走刀路線，加工葉型孔處的薄壁是—個帶有轉(zhuǎn)折的空間曲面，并且壁厚不均勻，用常規(guī)的加工方法難以加工，多方求證后，采用了激光切割的工藝方法進(jìn)行加工。通過分別為導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)定制檢測專用的葉型孔通止規(guī)，克服導(dǎo)向葉片一致性較差的問題 ，利于導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)上葉型孔進(jìn)行加工和檢測。

2.導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)主要難點分析和加工工藝

導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)屬于薄壁環(huán)類零件 ，其主要加工難點是薄壁處的數(shù)控車成形加工。加工表面容易產(chǎn)生振紋 ，表面粗糙度差。如果粗精車加工余量和走刀方式安排不當(dāng)，容易使薄壁端面發(fā)生傾斜變形。通過合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對數(shù)控程序進(jìn)行更改和調(diào)整，取得了穩(wěn)定良好的加工效果。

3.噴涂和渦輪分瓣外環(huán)難點分析和裝配工藝

組件的噴涂工序安排在渦輪分瓣外環(huán)的裝配工序之前進(jìn)行，避免在噴涂過程中對渦輪分瓣外環(huán)的石墨涂層造成不利影響。在噴涂過程中出現(xiàn)的主要問題是組件在裝夾和受熱條件下，仍會發(fā)生變形，導(dǎo)致加工基準(zhǔn)的橢圓變形，對后續(xù)加工中保證各涂層對基準(zhǔn)的跳動要求造成影響。通過與噴涂承制單位的分析和研究 ，先后改進(jìn)了噴涂以及噴涂后加工的工裝，調(diào)整了噴涂加工的參數(shù)，兩次調(diào)整了余量分配，使發(fā)生基準(zhǔn)變形的情況和產(chǎn)生的變形量減少，最終在精加工后涂層對基準(zhǔn)的跳動達(dá)到較好效果。

4.焊接后機(jī)加難點分析和主要工藝

在機(jī)匣焊接為整體后，需機(jī)加去除各零件所留余量，加工至最終尺寸，為噴涂做好準(zhǔn)備。這部分工藝內(nèi)容的難點主要是組件加工后容易發(fā)生橢圓變形，以及保證機(jī)匣和內(nèi)環(huán)軸向尺寸關(guān)系并同時保證單件尺寸要求。由于渦輪機(jī)匣組件是—個較為復(fù)雜的高溫合金薄壁焊接件，在經(jīng)過多種焊接工藝后，薄壁處存在較大應(yīng)力，材料機(jī)加工藝性能不好，在加工中產(chǎn)生的抗力較大，組件加工時易產(chǎn)生受力變形。對最終各處跳動量影響較大。在研制過程中，針對組件加工后容易橢圓變形的問題，需要逐步對各工序加工受力變形情況進(jìn)行了摸索，通過分析以往超差項目，綜合各種情況后，對工藝流程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，并進(jìn)一步對各工序裝夾系統(tǒng)及加工參數(shù)進(jìn)行了有效的改進(jìn)。

結(jié)語：航空發(fā)動機(jī)熱端部件材料均屬于難加工材料，在機(jī)匣單組件的研制過程中，在零件單組件的機(jī)加工藝、組件的裝配和焊接工藝、熱噴涂涂層及其加工工藝等方面積累了寶貴經(jīng)驗，也為其他類似熱端部件的制造工藝提供了借鑒，但為了使制造工藝成熟穩(wěn)定并推廣應(yīng)用，仍有一些難點需要開展深入研究，主要包括薄壁件機(jī)加變形控制、難加工材料機(jī)加參數(shù)探索、焊接前后尺寸精度保證等。

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