閉環式整體機匣工藝研究

趙宏亮 王大勇 梁向葳 朱波

（沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司機匣廠技術科，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

第七級機匣采用全新的設計結構和理念，在國內發動機上尚屬首次應用。材料為GH4169，屬于難加工材料，在Φ360～Φ400范圍內均布90片葉片，連接內外機匣形成獨特的閉式結構。據了解此種結構將在新一代發動機上廣泛應用，且葉片與葉片之間的間隔小，葉型偏轉角度大，為34度；葉片與內外機匣過度圓角為R1.2，給機械加工帶來很大難度。

2 研究內容

本文從零件結構特點、材料和毛坯的選擇、材料的性能、工藝方法的確定、工藝路線的定制等幾個方面來論證零件的加工過程。此項課題的成功會帶來機匣加工技術的全面革新，會解決機匣機械加工變形、焊接變形、熱處理等帶來的一系列問題。開創閉環式整體機匣加工的先河，填補行業及國內此項加工技術空白。

3 技術方案

3.1 總體技術方案及其實施過程與效果

3.1.1 結構特點：①整體工藝性差、加工位置敞開性差，不容易下刀；②零件與刀具干涉，不能一次加工完成，需要翻轉零件二次接刀加工，易產生接刀痕跡；③需要大量的刀具銑葉型和過度圓角；④加工周期長，且需要編制大量的數控程序；⑤特種工藝多，包括腐蝕、熒光、釬焊、時效熱處理、噴涂等，加之零件結構特別復雜，給工藝安排帶來相當大的難度。零件的結構如下圖：

綜合以上分析和圖示，零件采用機械加工難度大，費用也會隨之增高，加工周期長。并通過大量調研，采用電火花成型加工，成本低、周期稍長。而且通過電火花成型技術可以一次將零件的葉形、葉片頂徑、葉片底徑加工出來，避免了機械加工的接刀問題，也可以降低機械加工的繁瑣。

3.1.2 技術方案及途徑

需要突破的技術關鍵：①此項技術屬于國內首次應用，無可借鑒的工藝模式，工藝的安排需靠經驗摸索確定；②零件在Φ360～Φ400范圍內均布90片葉片，連接內外機匣形成獨特的閉式結構。且葉片與葉片之間的間隔小，敞開性不好，電加工時不容易下刀；③葉型偏轉角度大，為34度，葉片與流道面都是空間型面，葉片與內外機匣過度圓角為R1.2，加之葉片與葉片之間的間隔小，給電極的制作帶來難度；特種工藝多，包括腐蝕、熒光、釬焊、時效熱處理、噴涂等，加之零件結構特別復雜，給工藝安排帶來相當大的難度。

3.1.3 具體技術措施及可行性分析

①工藝路線的制定。針對以上技術難點，通過調研，收集國內外相關資料，結合特種工藝的特點，設計出適合此零件加工的工藝路線；粗車→細車→腐蝕檢查→精車→加工角向孔→電加工葉型→精加工葉型→葉型拋光→熒光檢查→最終檢驗。②夾具的制作：根據裝夾定位的要求，設計并制作電加工夾具。即要便于找正，又要便于加工。③根據設計圖紙，建立UG模型。④制作電極，并確定電極控制點。電極分為粗加工電極和精加工電極。⑤根據設計圖和電極編制數控程序（程序略）。

3.1.4 具體加工過程及問題解決措施

試加工的準備工作及問題解決：①試件的制作。試件分為兩種，一種是尺寸規格與零件相同但材料不同的試件。由于是首次加工，為確保零件能夠合格，先制作一試驗件。試驗件與零件具有相同的尺寸規格。以便于在試加工中真實的反映出遇到的真實問題，能夠及時正確、科學的解決；另一種是從零件毛坯上取下的試件，用來確定加工參數、電極數量、加工時間等。②電極的加工與檢測。電極根據零件UG模型生成電極模型，然后在機械加工成形。電極的精度決定零件的精度。因此，加工后的電極要進行檢測。為得到精確的數據，對電極的葉盆、葉背、頂徑、底徑、控制點進行測量，每個電極檢測兩次。葉盆、葉背數據（略去）。將電極測量數據記錄在案，將測量結果與電極放一起交給操作人員，為確定精加工進給量提供依據。所有的電極都要進行檢測，將電極按照精度由低到高排序。加工時按照精度由低到高的排序來使用電極，這樣在不斷的修復加工中，使零件保持最高的精度。③試件的試加工與檢測：（1）先加工與零件材料相同的試件。用來確定電流大小、電極數量、加工時間等。（2）加工與零件尺寸規格相同的試件。試件加工兩個腔（相當于一個葉片）后，進行檢測，將檢測后的數據與葉型理論數據、電極數據對比。對比數據如下圖

通過上圖數據看，葉盆的測量結果明顯好于葉背的測量結果，這與電極的加工有關系。電極的葉背比葉盆好，從而導致加工完成后的葉片的葉盆比葉背好。

分析誤差產生的原因后，對不同誤差的電極采取不同的進給量，再進行試加工，誤差排除，葉片的輪廓接近理論值，在±0.01mm以內，可以進行正式加工。

2零件正式加工中的關鍵及問題解決

零件的正式加工

①加工，先將零件的內腔用粗加工電極打通，以減少精加工的余量。

②零件的精加工，先進行半精加工，用電極將葉型、頂徑、底徑的輪廓加工出來，單邊按理論預留約0.1mm的余量。將圓周90片葉片加工后檢測葉型、頂徑、底徑，確認余量的剩余情況。對比數據如下圖

頂徑、底徑數據表

通過余量分析后，再進行下一輪加工。由于電火花加工時，電極和零件都被電蝕，隨著加工葉片的數量和時間的增加，電極的外廓尺寸會逐漸變小，葉片會逐漸肥大。第一輪加工從0°位置起始加工，為保證修葉片的厚度均勻，一致性好，第二次加工從60°位置起始加工，第三次從120°位置起始加工。第四、五……依次按60°遞

增，如此反復多次將葉型修整到理論尺寸。

3 零件葉型的檢測

在三坐標測量機上抽檢葉片，葉片按0°、60°、120°、180°、240°、300°抽檢，得到葉片的實際坐標數據和偏差數據值。只將偏差數據值列出。葉片的理論數據對比，以確認葉型是否合格。葉

片在各個角度位置的偏差值如下表

對表中列出的數值，如有突然增大或減小的點，可以認為是壞點，或偏差較大的曲線，可以重新測量。從兩圖中可以看出，葉盆的尺寸變化較大，部分尺寸接近下差，個別的尺寸超出公差范圍。經重新測量超差的葉片，都在合格范圍內。是由于測量因素造成的。

拋光：加工后的葉型表面存在重熔層，而且表面光度達不到設計要求。采用磨粒流進行拋光去除，同時提高表面的光度。

葉盆誤差走勢圖

通過上述過程的加工，我們可以得到完全符合設計要求的零件。

葉背誤差走勢圖

結語

通過對上述工藝方案的實施，能夠按照設計圖紙加工出合格零件，。證明了本工藝方案的正確性和科學性。同時也摸索出一條閉環式整體機匣的加工工藝方案，為相似零件加工提供借鑒。

[1]劉傳紹.機械制造工藝學[M].機械工業出版社. 2011.

[2]魏鑒梅.結構件制造技術[M].科學出版社.

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