王興超 劉 一

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

隨著航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性、輕量化也提出了更高的要求，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中大量采用薄壁、整體類零件，該類零件具有形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工余量大、剛性低、精度要求高、加工工藝性差的特點(diǎn)，在其制造和使用過程中產(chǎn)生變形問題，已嚴(yán)重阻礙航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。本文對(duì)如何更好地控制薄壁零件加工變形作如下分析。

1 影響薄壁件加工變形的因素及控制方法

1.1 影響薄壁件加工變形的因素

影響零件變形的因素是多方面的，包括設(shè)備剛度與精度、毛坯余量、裝夾與支撐方式、切削參數(shù)與走刀路徑、零件內(nèi)部殘余應(yīng)力等。其中對(duì)加工變形影響最主要的因素有材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力、加工過程的切削力、工裝夾具的裝夾力。加工路徑的不同會(huì)影響到整體結(jié)構(gòu)件內(nèi)原有殘余應(yīng)力的釋放順序，造成整體結(jié)構(gòu)件的不同剛度特點(diǎn)發(fā)生變化，導(dǎo)致零件發(fā)生不同程度的變形。隨著整體結(jié)構(gòu)件加工過程的進(jìn)行，毛坯材料被逐漸切除，工件的剛度也隨之不斷減小，加上切削力和切削熱的作用，使得整體結(jié)構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至少有20%的加工誤差是由裝夾及定位造成的。影響加工變形的最主要因素是毛坯殘余應(yīng)力，約占變形的70%~80%。由于薄壁結(jié)構(gòu)件在加工過程中材料去除量高，甚至能達(dá)到90%。

1.2 加工變形控制方法

針對(duì)零件加工變形的主要因素，可采取毛料精化、刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化、裝夾方式和工裝結(jié)構(gòu)改進(jìn)、切削走刀路徑優(yōu)化以及殘余應(yīng)力均化等措施控制零件加工變形。

2 控制變形措施應(yīng)用實(shí)例

2.1 某薄壁零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求

該零件為大型薄壁筒體結(jié)構(gòu)，由前后安裝邊、筒體、安裝座焊接而成，壁厚1mm，軸向尺寸539mm，直徑尺寸Ф1098mm，材料為鈦合金，屬于難加工材料。技術(shù)要求：端面平面度與平行度0.01mm，徑向跳動(dòng)0.3mm，安裝邊上孔位置度 Ф0.1mm，徑向安裝座孔位置度Ф0.2mm。

2.2 改進(jìn)前零件加工工藝

該零件主要加工部位為前后安裝邊、外型面安裝座、前后端面孔及安裝座上孔。工藝路線為：集件→焊接前后安裝邊→熱處理→化學(xué)銑切→車前安裝邊→銑端面及鉆鏜孔→鏜前安裝邊上孔→車后安裝邊→銑端面及鉆鏜孔→鏜后安裝邊上的孔。

2.3 存在問題

（1）殼體毛料為焊接結(jié)構(gòu)，焊后及機(jī)加后零件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，放置后因應(yīng)力釋放導(dǎo)致的變形也較大，造成零件精度較差，影響組件裝配精度；（2）安裝座端面平面度及平行度0.01mm，受后續(xù)安裝座端面及孔銑、鉆、鏜工序影響，零件徑向跳動(dòng)量發(fā)生變化，導(dǎo)致零件該部位尺寸及技術(shù)條件不合格，影響生產(chǎn)進(jìn)度和裝配質(zhì)量。

2.4 工藝改進(jìn)措施

2.4.1 毛料結(jié)構(gòu)優(yōu)化。由于零件壁厚薄，焊后變形大，故整個(gè)零件毛坯由焊接結(jié)構(gòu)調(diào)整為整體鍛件結(jié)構(gòu)。改進(jìn)前，各座子中心位置跳動(dòng)量平均為0.24mm，改進(jìn)后各座子中心位置平均跳動(dòng)量為0.15，座子相對(duì)位置精度提高50%。有效避免焊后因內(nèi)部應(yīng)力釋放引起的變形問題，提高了零件結(jié)構(gòu)尺寸精度與各安裝座間的相對(duì)位置精度。

2.4.2 工藝路線優(yōu)化。零件原加工工藝采用車前后安裝邊、銑削安裝座端面、鉆孔分開加工，零件存在多次定位裝夾，造成零件尺寸精度低，技術(shù)條件難以保證。改進(jìn)后采用車、銑、鉆、鏜合并加工。在銑端面及鉆鏜孔工序中將技術(shù)要求高的安裝座放在最后加工，零件變形減小，尺寸及技術(shù)條件易于保證。

2.4.3 裝夾與支撐技術(shù)應(yīng)用。該零件加工時(shí)壁薄、剛性差，加工時(shí)易產(chǎn)生振顫、讓刀及加工變形；為了減小殼體變形量，在夾具設(shè)計(jì)中采用徑向可調(diào)輔助支撐提高零件徑向剛性，從而增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)在夾具設(shè)計(jì)上輔助支撐采用6個(gè)扇形塊，輔助支撐底部與底座連接處采用T型槽形式可實(shí)現(xiàn)快速換裝，以減小零件切削加工過程中的振顫，從而控制零件的加工變形。

2.4.4 數(shù)控程序與走刀路徑優(yōu)化。在數(shù)控加工過程中，考慮到機(jī)床Y軸精度有0.06mm漂移誤差，故在加工端面孔時(shí)，由以往在Y軸正向鉆加工起始孔，調(diào)整為在X軸正向鉆加工起始孔，避免了因機(jī)床精度影響零件加工精度問題。精密安裝座深度尺寸公差為4+0.050mm，粗糙度0.8μm，平行度及平面度為0.01mm。改進(jìn)前，數(shù)控程序采用順序加工，未考慮后續(xù)加工其它安裝座時(shí)對(duì)該處尺寸及形位公差的影響。改進(jìn)后，將此安裝座按排在最后加工，并分為9個(gè)工步：①粗銑端面；②粗銑上孔；③粗銑下孔；④開槽；⑤粗銑輪廓；⑥精銑上孔；⑦精銑下孔；⑧精銑輪廓；⑨精銑端面。

2.4.5 優(yōu)化檢測(cè)方法。因零件結(jié)構(gòu)尺寸大，改進(jìn)前，零件加工完成后采用卡尺測(cè)量直徑尺寸，操作者不便檢測(cè)，且存在檢測(cè)誤差大的現(xiàn)象。改進(jìn)后，采用在線測(cè)量技術(shù)，極大方便了檢測(cè)精度與效率。

2.5 零件技術(shù)指標(biāo)保證情況

零件安裝座端面平行度、平面度由改進(jìn)前的0.02mm、0.012mm均提高到0.01mm，孔位置度由改進(jìn)前的Ф0.16mm提高到Ф0.03mm。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)薄壁零件加工變形問題，采取工藝路線與走刀路徑優(yōu)化、輔助支撐等措施，改善了零件加工過程中受力不均衡的狀態(tài)，加工變形得到有效控制。采用銑車復(fù)合加工技術(shù)將工序合并，較傳統(tǒng)加工方式，加工工序由6道減少到2道，提高加工效率40%，相對(duì)位置精度及表面質(zhì)量顯著提高。同時(shí)，采用在線測(cè)量技術(shù)，提高了檢測(cè)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證此次攻關(guān)改進(jìn)措施切實(shí)有效、可行，對(duì)其他同類薄壁零件變形控制具有一定的參考價(jià)值。

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[3]唐亞彬.基于有限元分析的薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形預(yù)測(cè)方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.