風扇增壓級整體鼓筒數控車加工技術研究

朱 穎 何東敏

（沈陽黎明航發集團公司轉包與民機事業部，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

CFM56-5B渦扇發動機具有大函道比，高推力的特點，主要裝配在A319,A320,A321飛機上，增壓級整體鼓筒件作為關鍵核心轉子件，主要作用是為發動機提供大的外函推力，CFM56-5B增壓級鼓筒是公司承攬的法國SNECMA公司的轉包新件，也是公司所承擔的第一個核心轉子轉包件，該零件的加工是對現有制造水平的一個挑戰，也是提升制造能力的契機，本文主要介紹了零件數控加工中的技術問題的處理及結論。

1 零件的結構、材料特點及加工工藝性

該零件的材料相當于國產材料鈦合金TC4，因為鈦合金化學親和力強，導熱性差并且強度高，在加工中會使切削溫度大幅提高、刀具磨損加劇,因此成為切削加工性較差的難加工材料。作為整體鼓筒件結構上有四級環型燕尾槽，四級燕尾槽工作面上的面輪廓度只有0.04mm，并且還必須保證傾斜度在0.025mm之內，盤鼓最大直徑為Φ804mm，零件整體高度為近470mm，鼓筒壁厚最小厚度只有2mm，同時零件外型面有四組封嚴篦齒，篦齒外徑的尺寸公差在0.1mm之內，作為大直徑薄壁零件，零件的數控加工過程直接影響到零件的最終交付質量。

圖1 零件照片

2 零件工藝過程設計

2.1 主要的加工工藝路線如下：

該零件的毛料為整體精化料，毛料已經進行了超聲波檢查，零件受超聲波檢查型面的影響，型面簡單，但尺寸的余量不均勻，需要在粗車工序中去除零件各處大的不均余量。

圖2 工藝路線圖

針對零件結構特點，車加工工序盡量集中，保證有壁厚要求的內外型面盡量在同一工序中進行加工，并且保證零件在加工中的加工剛性盡量最好。這樣的安排可以保證零件在加工過程中所擁有最佳的剛性。針對該零件型面復雜、余量比較大的特點，各型面的加工均分為粗加工和精加工兩部分，對余量大的型面，改變傳統的沿型面走刀方式，避免因為型面各處余量不均勻易引起加工中的彈性變形的不足，采用徑向走刀的方式，先加工去掉型面余量大的部分，為精加工留出均勻的小的加工余量，再采用沿型面走刀的方式，精加工各型面。

在加工過程中針對零件結構薄弱的特點，切削加工鈦合金應選擇剛性好、功率大、具有大的變速范圍和進給范圍的機床，以便于調整切削參數。鈦合金導熱系數很小，容易造成刀具溫度很高，使刀尖急劇磨損，因此在零件加工過程中必須考慮降低切削區域的溫度，保證冷卻液充足，壓力足夠。

3 關鍵工藝技術問題及解決途徑

3.1 周向四級環行燕尾槽的加工

1～4 級環形燕尾槽的加工是該件需要重點控制的工作環節，各級槽型工作面的面輪廓度為0.04，傾斜度0.025。傳統的焊接刀具精度保證不了加工的尺寸要求，因此四級環槽定制了專用的成型刀具，所用刀桿為標準刀桿，而刀片為非標刀片，分為R及L兩種刀片，分別加工上、下槽型面。刀片刃部設計成三面刃，在同一個數控程序中可以實現半封閉槽型的一次加工，避免產生多余的接刀。在數控程序編制時，上下槽型加工時通過程序中控制槽肩尺寸來間接保證整體槽型在公差帶范圍內。

圖3 燕尾槽機夾刀具

3.2 數控加工中尺寸精度的保證

零件型面復雜、尺寸多、精度高。在數控加工中，會有很多尺寸在加工過程中不能直接測量，解決尺寸檢測及保證的問題，是數控車加工中應特別關注的問題，針對這些不易測量的尺寸，在編制數控程序中，充分發揮數控系統的優勢，考慮將能直接測量的尺寸與不能測量的尺寸，在同一程序中進行加工，通過控制能測量尺寸的實際值來間接控制不能直接測量的尺寸，以控制公差較小尺寸間接控制相對公差大的其他尺寸，解決了型面復雜不容易檢測的問題，同時也減少加工中測量時間。特別是四組外篦齒，受所在位置軸向高度的影響，測具檢測有一定的誤差，對測具的制造能力要求很高，為此編制一個數控程序，將所有的篦齒外徑與一處易檢測的外徑在一次走刀中連接起來，通過控制可檢的外徑值來控制篦齒的外徑加工尺寸。

3.3 車加工中變形控制

該零件大直徑薄壁的特點決定著加工中存在著一定的變形，零件的變形導致切削力的波動，這易引起系統振動。這些振動的振幅，會直接影響到零件的加工精度。因此鈦合金零件的加工必須保證零件剛性足夠，在整個加工方案的制定過程中，充分考慮零件處于最佳的剛性狀態

3.3.1 粗車過程中對變形的控制

該工序加工中所去余量最大處近17mm，將使零件承受較大的切削力，為此零件裝夾必須牢固，防止加工中發生串動。使用原有內腔端面8點壓緊的同時，在零件上端面增加了一個大壓蓋，該大壓蓋固定于夾具底座上，采用軸向拉緊力連接，使零件與夾具連成一個整體，增強整個加工系統的剛性。

圖4 壓蓋壓緊示意圖

3.3.2 精車過程中對變形的控制

在精車零件小端時，因為該零件整體高度可達462mm，零件中、下段的鼓筒壁厚只有3mm，零件整體剛性較差。加工時零件下段根基比較薄弱，易產生振動。經過反復試驗推敲，最終制定了下圖所示中的定位夾緊方式。夾具上的支承面選擇在零件的中間段的端面上，零件整體的懸空高度下降，彌補了零件中、下段空虛的不足。

圖5 中間支撐夾具示意圖

精車零件大端內外型面為關鍵的精加工工序,加工的型面較多,尺寸精度要求也較高。該工序加工過程中零件的整體剛性較弱，因此制定減振方案，制造了專用的內、外型面減振夾具。

內腔減振夾具主要支承整個鼓筒件上兩處相對薄弱的鼓筒壁，該兩處鼓筒壁厚車后只有2，減振部分采用分瓣結構，采用大的扇形塊結構，與零件接觸面設計成與零件的內腔尺寸接近，保證與零件最有效的接觸。接觸部位采用較軟材質的橡膠管做成，可以起到緩沖加工中的振動及輔助支承零件的作用。在精車過程中通過使用輔助支承夾具，提高零件的整體抗振能力，減少了加工過程中零件的加工變形，為保證加工后的尺寸滿足零件最終要求的尺寸精度和形狀精度要求，提供了保障。

4 結論

綜上所述，增壓器轉子的加工能力雖然代表著第三代發動機的制造水平，對于我們的制造水平是一個挑戰，但只要針對零件的具體特點，安排合理的加工路線，編制正確的數控程序，使用必要的輔助工裝，實施有效地過程控制，我們完全可以掌握該項制造技術，并也為其他類似零件的加工拓展了思路，積累了經驗。

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