風(fēng)扇機(jī)匣加工

黃梅 劉余

摘? 要：本文以某型風(fēng)扇包容機(jī)匣為研究對象，展開大型鋁合金包容機(jī)匣加工變形控制技術(shù)研究，通過工藝試驗(yàn)，優(yōu)化工藝方案、調(diào)整加工參數(shù)、采用冷脹形毛料等工藝措施，最終使機(jī)匣滿足設(shè)計(jì)要求，解決了大型鋁合金薄壁環(huán)形機(jī)匣復(fù)雜的變形問題，同時(shí)解決包容環(huán)芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的粘接、難加工問題。

關(guān)鍵詞：變形;粘接;復(fù)合材料加工

1概述

風(fēng)扇鋁合金機(jī)匣零件的加工變形無規(guī)律，在國內(nèi)一直是難題，且首次將F-8H3/602芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基包容環(huán)（以下簡稱包容環(huán)復(fù)合材料）粘接到鋁合金風(fēng)扇機(jī)匣上。包容環(huán)復(fù)合材料粘接技術(shù)、切削加工技術(shù)，在航空領(lǐng)域是新技術(shù)。

2 零件分析

2.1零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

風(fēng)扇機(jī)匣主要采用鋁合金材料，由機(jī)匣外環(huán)、內(nèi)環(huán)和靜子葉片構(gòu)成。為滿足風(fēng)扇機(jī)匣包容環(huán)復(fù)合材料需求，在風(fēng)扇機(jī)匣內(nèi)粘接包容環(huán)復(fù)合材料。

風(fēng)扇機(jī)匣零件直徑尺寸大，尺寸及技術(shù)要求見圖1，屬于大型薄壁環(huán)形機(jī)匣。

2.2零件主要材料及物理特性

2.2.1. 風(fēng)扇機(jī)匣外機(jī)匣材料為鋁合金

風(fēng)扇機(jī)匣外機(jī)匣零件材料牌號(hào)為2A70，材料具有密度小，耐熱性好，線膨脹系數(shù)較大特性。

2.2.2包容環(huán)復(fù)合材料

包容環(huán)復(fù)合材料，是由602環(huán)氧樹脂與芳綸纖維織物（8/3緞紋布）先制備成預(yù)浸料，再通過纏繞工藝并在熱壓罐中固化成型。

3? 零件工藝難點(diǎn)

風(fēng)扇機(jī)匣組件包含裝配、機(jī)加工、粘接、涂覆、噴漆等工藝，工藝難點(diǎn)是機(jī)加工和粘接。

3.1風(fēng)扇機(jī)匣加工變形

鋁合金風(fēng)扇機(jī)匣外圓尺寸Ф1539.4 0 -0.31mm，壁厚尺寸4+0.3 -0.15mm，機(jī)匣剛性差，加工變形大。

3.2風(fēng)扇機(jī)匣粘接包容環(huán)

在風(fēng)扇機(jī)匣上粘接包容環(huán)復(fù)合材料，這種異種材料鋁合金機(jī)匣上粘接包容環(huán)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，粘接工藝在國內(nèi)還是首次粘接，粘接性能沒有可參考的加工經(jīng)驗(yàn)。

3.3包容環(huán)材料機(jī)械加工

包容環(huán)復(fù)合材料，其中的纖維織物很難加工，且加工變形大，包容環(huán)加工部位有內(nèi)孔、內(nèi)環(huán)槽，加工刀具磨損大，對刀具材料要求高，要求刀具材料具有極高的硬度和耐磨性，且在機(jī)加工時(shí)易出現(xiàn)復(fù)合材料分層、撕裂、脫落、翻邊等質(zhì)量問題。

4 工藝難點(diǎn)解決措施

4.1風(fēng)扇機(jī)匣加工變形

風(fēng)扇機(jī)匣為鋁合金機(jī)匣，鋁合金機(jī)匣變形主要解決措施如下：

1）采購冷脹形鍛件，減小鍛件內(nèi)殘余應(yīng)力。傳統(tǒng)工藝是鍛件毛坯提前采購，增加鍛件的自然時(shí)效時(shí)間，缺點(diǎn)鍛件周期長。

2）機(jī)匣加工工藝階段劃分，工藝路線劃分為粗、細(xì)、精加工階段，在精加工階段前增加熱處理，減小零件加工變形。

3）機(jī)匣加工中變形控制，加工過程中受裝夾力、切削熱、切削力等因素影響，加工過程中變形無規(guī)律。在粗、細(xì)、精加工階段采取措施：裝夾力控制在80N.M～100 N.M;對稱軸向均勻壓緊零件;零件每一工序完成后修基準(zhǔn)面;刀具材料優(yōu)先選擇高速鋼;加工中采用冷卻液。

4）加工余量的分配，粗加工時(shí)留2mm余量半精加工，留1mm余量精加工。工序中分粗、精加工工步，精加工單邊留0.3～0.5mm余量，加工順先加工內(nèi)外型，最后車端面至尺寸。

通過鍛件工藝改進(jìn)，機(jī)加工中裝夾方式及夾緊力控制，加工參數(shù)優(yōu)化和加工余量的合理安排，解決鋁合金機(jī)匣零件加工變形大問題。

4.2包容環(huán)復(fù)合材料粘接

1） 包容環(huán)復(fù)合材料粘接參數(shù)確定

通過試片工藝試驗(yàn)，摸索表面狀態(tài)、溫度等對粘接強(qiáng)度的影響。在陽極化下，在15℃環(huán)境固化，根據(jù)對比吹砂和陽極化的試片的粘接強(qiáng)度結(jié)果，陽極化試片的粘接強(qiáng)度較差，根據(jù)對比試片陽極化以后是否填充對粘接強(qiáng)度結(jié)果的影響，陽極化填充的試片粘接強(qiáng)度更好。選取20℃和24℃的溫度固化進(jìn)行對比試驗(yàn)，仍然只有吹砂后的試片粘接強(qiáng)度滿足要求。經(jīng)過驗(yàn)證，在固化時(shí)間足夠的情況下，溫度對粘接強(qiáng)度的影響較小，但表面狀態(tài)對粘接強(qiáng)度的影響較大，試片需要在吹砂表面粘接強(qiáng)度才能合格。

2）包容環(huán)膠層厚度確定

采用模擬件進(jìn)行粘接試驗(yàn)，粘接后剖切檢查， J-168 膠粘劑的膠縫無缺膠漏膠現(xiàn)象;膠層厚度、零件圓度等尺寸要求可通過工藝保證。

4.3包容環(huán)機(jī)加工工藝

1） 包容環(huán)加工刀具

包容環(huán)復(fù)合材料難加工，對刀具要求高，選擇具有高硬度、耐磨性好、強(qiáng)度高和鋒利的刀具。通過工藝試驗(yàn)選擇PCD金剛石刀具，采用左右偏刀加工，刀具結(jié)構(gòu)見圖2。

2）包容環(huán)加工刀具路徑

包容環(huán)復(fù)合材料中纖維材料在加工中刀具路徑選擇從上下兩端分別進(jìn)刀，避免纖維未被切斷將纖維拉扯，導(dǎo)致分層、開裂等問題。

3）包容環(huán)加工工藝參數(shù)確定

包容環(huán)芳綸纖復(fù)合材料中的纖維織物很難加工，加工參數(shù)不合理，可產(chǎn)生包容環(huán)材料分層、脫落、翻邊等問題。優(yōu)化后的工藝參數(shù)為v=80～100（m/min），f=0.2±0.03（mm/r），ap≤0.5mm。

包容環(huán)分層見圖3。優(yōu)化后的方案加工，尺寸及技術(shù)條件滿足要求，加工后零件內(nèi)型見圖4。

5 結(jié)束語

通過本次風(fēng)扇機(jī)匣組件工藝攻關(guān)試驗(yàn)，開展風(fēng)扇鋁合金機(jī)匣加工變形控制研究、包容環(huán)復(fù)合材料粘接加工藝試驗(yàn)，大型鋁合金薄壁機(jī)匣機(jī)加工圓度可控制在0.4mm以內(nèi);掌握了包容環(huán)復(fù)合材料的切削加工技術(shù)，掌握了鋁合金機(jī)匣上粘接芳綸纖維的制造工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳旭剛，李東崛，竇遠(yuǎn). 某焊接機(jī)匣加工方法探析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2021（22）：64-66

作者簡介：黃梅（1967-），女，四川瀘州人，本科，工程師 ，研究方向：機(jī)械加工