大型薄壁機匣加工工藝研究

徐金梅

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

1 概述

當今一個國家的航空航天技術是否發達已成為衡量一個國家科技水平、國防實力和綜合實力的重要標志之一。而航空發動機制造技術又構成了其中最重要的一環，作為發動機重要部分的機匣件，在實際加工過程中有很多技術難題。由于機匣結構復雜且壁薄，在加工中如何控制變形和提高質量成為關鍵。大型薄壁機匣的加工在國際航空業也是一個難題，但隨著加工技術的不斷成熟，國外同行已經摸索出一套方法，國內在這方面做了很多研究，但仍很難達到自由狀態的技術要求。

2 研究目標

本項目以某機鑄鎂附件機匣為載體，采取冷熱工藝結合的研究方式，從毛坯到成品全過程，系統地開展鑄鎂機匣變形控制及檢測方法研究，探索出一條有效的解決附件機匣變形的途徑，提高附件機匣加工質量，徹底解決鑄鎂機匣類零件加工及使用中的變形問題，保證零件使用過程中尺寸穩定、變形可控，保證發動機的裝配精度、使用性能和可靠性。

3 機匣變形原因分析

3.1 機匣零件尺寸較大，材料為鎂鑄件，由于生產組織不合理，毛料加工后基本沒有自然時效釋放殘余應力的過程，直接投入生產，零件在加工和周轉過程中，應力釋放而產生變形。

3.2 現行機匣加工工藝通常在粗加工后安排穩定處理去除加工應力，但熱處理也不能完全消除加工應力，據統計熱處理僅能去除30%～40%的應力。

3.3 目前國內大型復雜結構鑄鎂機匣整體鑄造精度和質量達不到要求，鑄件基準不好，零件找正較困難，還經常冶金缺陷、有缺肉現象，缺肉后補焊造成零件變形較大。

3.4 現行機匣加工工藝規程中，許多尺寸僅在工序中檢查，最終檢驗只檢查工序檢驗印，此時由于零件變形等原因，尺寸已經發生變化。

3.5 現行機匣加工工藝規程中，許多尺寸允許在機床上檢查，機床檢查合格不等于自由狀態合格，更不意味裝配狀態合格。

3.6 機匣類零件裝夾方式單一，基本為止口定位，壓蓋或壓板夾緊，很少采用輔助支承結構，不利于薄壁機匣加工。

4 控制變形的措施

4.1 加工方法的選擇

（1）毛料自然時效，消除應力。合理安排工序，在滿足生產的條件下，毛料周轉過程有一段自然時效時間。提前準備毛坯，存放一段時間，使鑄造應力自然時效釋放殘余應力，自然時效時間至少為二個月至六個月的存放期。（2）細化加工方法，不同的加工方法產生的加工應力不同，細化機匣加工工藝規程，固化走刀路線，切削參數，減少應力產生的變形。（3）在機匣加工工藝中引進振動時效技術，在機匣半精加工后，精加工前，增加振動時效工序，進一步釋放機匣加工應力。（4）應用機匣類零件動力學仿真加工技術研究，將仿真加工分析技術應用于機匣加工變形控制上。（5）最終檢驗工序取消檢查工序檢驗印的做法，設計、制造限制夾具，增加模擬裝配的限制狀態檢查控制手段。（6）工裝夾具上采用輔助支承結構的夾具，減小薄壁機匣的變形。

4.2 設備及工裝的選用

帶有孔系的附件機匣粗加工在鏜床上進行。但是精加工，為保證機匣殼體孔系的孔距和同軸孔系的同軸度，一般選用坐標鏜床，采用坐標法和調頭鏜的方法加工。即將被加工孔系間的孔距尺寸，換算為兩個互相垂直的坐標尺寸，在工件的一次安裝下，通過控制機床的坐標移動鏜出機匣一端的孔后，將工作臺旋轉180度后再加工機匣另一端的孔。對于機匣加工中對易產生機匣變形的工序的夾具，應在壓緊方式上盡可能采取軸向壓緊和內漲緊的形式。對于懸臂的部分增加了輔助支承。

4.3 工藝方法安排

對于結構復雜、壁薄、剛性較差的鑄鎂機匣，在工序安排時需設法減少變形產生的加工誤差，正確選擇零件的壓緊位置,而且互為基準且要反復修復基準,防止最終加工變形；因此在安排工藝路線時采用先加工面后加工孔的加工順序；粗精加工分階段進行和工序集中的原則,并將殼體孔系的加工安排在座標鏜床上分粗加工——半精加工——精加工三個階段；以確保主要表面的加工精度。

4.4 基準平面的選擇

根據附件機匣的結構特點，采用一面兩銷的定位方式，面盡可能選擇大平面（定位面或裝配結合面），兩銷孔選擇距離最遠的兩處。為了防止零件變形，基準平面的加工時要安排反復修復基準，同時增加手工刮削或精研工序。

4.5 加工兩基準孔

一般在座標鏜床上加工，由于后續加工有變形，此兩銷孔只作為粗加工定位用，不能一次加工到位，銷孔尺寸比設計圖紙尺寸小。

確定加工工步:鉆中心孔——鉆孔——鏜孔（擴孔）——鉸孔（用于尺寸相同但數量較多的孔，擴孔用于孔徑小于ф4mm的孔）

確定切削用量：在坐標鏜床上加工孔直徑（ф6mm～ф8mm）常用的工藝參數見表1：

表1 鏜床加工孔的工藝參數

加工注意事項：要嚴格貫徹粗、精分開，先粗后精的鏜削原則；鏜刀的材料一般為普通高速鋼，中心鉆、鉆頭、鉸刀的材料一般為高速鋼W2Mo9Cr4VCo8（M42），采用硬質合金材料耐用度更好，孔徑更穩定；加工時可采用機油進行潤滑和冷卻，以降低粗糙度和保持尺寸穩定；鉸孔前的鏜孔尺寸應嚴格控制，保持穩定，以保證鉸孔尺寸的穩定；采用鉸孔為最終加工方法，孔的位置度應在鉸孔前鏜孔時保證；精鏜孔以前將端孔中油槽全部加工到位，精鏜孔加工完成后只剩下軸孔做基準的其它油路孔（在側面或很小ф0.8小孔）加工,不易對零件軸孔及端面產生變形。

4.6 軸孔的加工

鏜軸孔分粗、精加工，采取工序集中的方法，粗鏜孔給精加工單邊留0.5mm余量。精加工分兩刀進行，第一刀單邊留0.1mm余量，第二刀加工到尺寸。采用立臥轉換的座標鏜床，盡可能一次裝夾后加工所有面及孔。同時將技術條件的基準盡可能在一次裝夾下加工，這樣保證了12個軸孔之間較高位置精度要求。

4.7 研磨結合面

附件機匣通常采用一面兩銷方式定位，接合面一般都有著色要求，沿周邊60%不間斷。著色用的平臺一般都制作專用平臺，平面形狀可與機匣接合面形狀相近，以保證著色質量，而且著色不能太厚，否則影響加工者和檢驗人員的判斷。應特別注意：鎂合金零件不得采用鑄鐵盤研磨表面，主要是因為研磨膏易滲入機體內，無法進行清除，采用100#金鋼砂研磨或者采用刮刀刮修表面著色檢查。

4.8 浸潤處理

為了使鑄件內部組織更緊密，防止由于試驗滲漏而補焊，一般在工藝中安排此工序。浸潤處理常用的堵漏劑有樹脂類、硬氧膠、亞麻等，樹脂類、硬氧膠的堵漏效果較好，一次浸潤處理就可堵住滲漏部位；浸潤亞麻效果差，常重復浸潤，清理很困難。一般浸潤次數不允許超過3次。特別注意的是：浸潤處理后需要進行固化，為了防止粘在殼體上，尤其是加工后的孔中，浸潤后必須要求增加清洗工序后再固化。

結語

本方法所研制的附件機匣已裝機、試車考核，證明可以滿足發動機的設計要求。該工藝的設計結構合理，滿足了生產的要求，達到了預期的技術、經濟、質量指標，對類似件的加工有一定的借鑒作用，有一定的推廣價值。

[1]王道蔭.邁向21世紀的航空制造技術[J].北京:航空工業出版社，1994.

[2]劉強，娜極.航空航天制造與現代數控技術及裝備[J].中國制造業信息化，2005，3:64-66.

[3]航空制造工程手冊總編委會.航空制造工程手冊.航空工業出版社，1995.

[4]王志剛，何寧，武凱.薄壁零件加工變形分析及控制方案[J].中國機械工程，2002，13(2)114-117.