郭永明 曹津銘 謝振武

摘 要：近年來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)和提高。發(fā)動(dòng)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(shí)現(xiàn)的，文章將對(duì)航空發(fā)動(dòng)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(guò)對(duì)典型結(jié)構(gòu)機(jī)匣外型面大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)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(lái)我國(guó)的航空制造行業(yè)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)、性能研發(fā)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上在進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。在我國(guó)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(dòng)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(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致航空制造行業(yè)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工難度越來(lái)越大，在加工過(guò)程中出現(xiàn)的加工變形以及加工低效率問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重的制約了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的生產(chǎn)制造和加工，因此對(duì)航空機(jī)匣的加工技術(shù)的研究勢(shì)在必行。

一、高效加工工藝分析

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁機(jī)匣加工的過(guò)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(guò)程的高效率以及高穩(wěn)定性。但是伴隨著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件越來(lái)越薄的壁厚，以及越來(lái)越脆弱的零件加工剛性，這樣就給我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁機(jī)匣的加工帶來(lái)了非常大的變形風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致了在加工的過(guò)程中切削過(guò)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(guò)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(guò)程處在一種剛性較強(qiáng)的情況。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)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?cè)谇邢骷庸さ倪^(guò)程中要使用分層切削加工，首先要在進(jìn)行切深加工的過(guò)程中使用大徑向，其次要在進(jìn)行切深的過(guò)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(guò)程中，我們要合理的利用長(zhǎng)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(guò)程中出現(xiàn)的加工難題，能夠最大限度的規(guī)避加工過(guò)程中側(cè)壁同刀具的干涉情況。需要注意的是我們?cè)谇邢骷庸さ倪^(guò)程中還可以針對(duì)特殊的加工零件設(shè)計(jì)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(guò)程中導(dǎo)致的零件加工變形問(wèn)題。

二、機(jī)匣加工過(guò)程中的切削加工刀具加工軌跡的優(yōu)化。

1.機(jī)匣切割運(yùn)行軌跡優(yōu)化方案

在薄壁機(jī)匣的切削加工過(guò)程中，切削刀具的運(yùn)行軌跡非常的重要，我們要保障在切削加工的過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)于加工零件的垂直方向的加擠壓力；在切削加工的過(guò)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(shí)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(wèn)題上進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化，同時(shí)在優(yōu)化的過(guò)程中還要針對(duì)加工過(guò)程中的實(shí)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(guò)程中的刀具優(yōu)化路線具體方案

在我國(guó)航空制造行業(yè)中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的薄壁機(jī)匣具有較差的剛性，如果在加工的過(guò)程中沒有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)刀方式，將會(huì)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(guò)程中，由于切削力的突然改變會(huì)造成加工刀具以及加工零件的變形量提升，會(huì)造成加工零件的加工尺寸加大誤差。切削加工的過(guò)程中切削振動(dòng)會(huì)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(guò)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(wèn)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(dòng)等問(wèn)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(diǎn)分析和加工工藝

1.導(dǎo)向器機(jī)匣主要難點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(guò)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(gè)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(guò)分別為導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)定制檢測(cè)專用的葉型孔通止規(guī)，克服導(dǎo)向葉片一致性較差的問(wèn)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(cè)。

2.導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)主要難點(diǎn)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(diǎn)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(guò)合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對(duì)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(diǎn)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(guò)程中對(duì)渦輪分瓣外環(huán)的石墨涂層造成不利影響。在噴涂過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題是組件在裝夾和受熱條件下，仍會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致加工基準(zhǔn)的橢圓變形，對(duì)后續(xù)加工中保證各涂層對(duì)基準(zhǔn)的跳動(dòng)要求造成影響。通過(guò)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(duì)基準(zhǔn)的跳動(dòng)達(dá)到較好效果。

4.焊接后機(jī)加難點(diǎn)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(diǎn)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(shí)保證單件尺寸要求。由于渦輪機(jī)匣組件是—個(gè)較為復(fù)雜的高溫合金薄壁焊接件，在經(jīng)過(guò)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(shí)易產(chǎn)生受力變形。對(duì)最終各處跳動(dòng)量影響較大。在研制過(guò)程中，針對(duì)組件加工后容易橢圓變形的問(wèn)題，需要逐步對(duì)各工序加工受力變形情況進(jìn)行了摸索，通過(guò)分析以往超差項(xiàng)目，綜合各種情況后，對(duì)工藝流程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，并進(jìn)一步對(duì)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(yǔ)：航空發(fā)動(dòng)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(guò)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(yàn)，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(diǎn)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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