大型薄壁整體環形火焰筒加工工藝的研究

張春華 程衛祥 陳亞莉

（1、中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043；2、駐中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043）

1 零件結構

火焰筒外環是發動機燃燒室的組成部件，由5段型面呈錐度組成的薄壁環形件 (見圖1)，小端直徑φ650，大端直徑φ820，高度210。此材料屬于變形高溫合金類，是主要用鉻和鉬固溶強化的一種含鐵量較高的鎳基高溫合金，熱導率很低，切削加工時塑性變形大，加工具有極高難度。

2 工藝路線確定

從零件設計結構（見圖1）分析，該件加工涉及到數控車型面、數控鏜銑、激光打孔、電火花打孔等工序。

由于毛料性質決定，此零件應先進行粗車與粗銑凸臺，粗加工去除大部分余量后，安排穩定處理消除應力工序，熱處理后及半精車前安排了修復基準面工序，以減少機匣變形；同時該件的裝夾定位性不好，需預留工藝邊方便后續精車、精銑、電加工孔工序的裝夾；零件徑向有400處φ5.5～φ27.5電嘴孔、主燃孔、摻混孔、瓦片安裝定位孔與長圓形浮動瓦片安裝孔。如機械加工這些相對較大的孔，因零件壁薄受力大會導致變形嚴重，安排了激光粗打孔，再由加工中心精鏜孔；對7000余個φ1.2～φ1.8徑向沖擊冷卻孔采用了電火花加工，最后確定了如下工藝路線：粗車→粗銑8處凸臺→穩定處理→修復基準→半精車→半精銑8處凸臺→精車型面→精銑凸臺及鏜孔→激光打大孔→精鏜大孔→電火花打沖擊孔→車工藝邊→最終檢驗。

3 精車型面的加工工藝

精車型面是此件研制加工的重點，也是難點。由于零件壁薄、剛性差、車削型面長，加工過程中零件實時變形，讓刀現象非常嚴重，導致沿型面壁厚尺寸不均、表面振紋情況發生。

圖1 火焰筒外環局部效果圖

圖2 精車型面走刀路線

通常一道工序在車加工中首先是去除端面余量，然后再進行車內、外表面的加工，但對于高溫合金材料的薄壁機匣按這種方法進行加工時，機匣變形很大，端面變形嚴重，在加工端面時應將端面留0.5mm的余量；大端槽比較深（寬、深約3mm），扎槽時零件變形大，應先粗扎槽；再采用內外循環均勻去除機匣內外表面的余量；最后再對端面進行車加工；由于零件下部（小端）剛性較好，因此整個切削過程均為由大端至小端。

3.1 精車型面：

刀具：采用通用R0.8機夾偏刀。

走刀路線見圖2：

步驟1：按工步①平端面，去除部分余量，留0.5余量，為后面零件變形修復端面備用。

步驟 2：按工步②、③車外型面第 1、2、3、4段，徑向方向上單邊留0.3余量。

說明：為防零件振動，制做了8個角度與零件吻合的楔塊，起到支撐內壁作用，用壓板壓在楔塊上，在加工外壁時零件振動通過楔塊而消除。

步驟3：按工步④車大端內徑，徑向方向上單邊留0.3余量。

步驟4：按工步⑤粗扎槽，徑向方向上單邊留0.3余量。

說明：由于零件軸向較高，槽位于上部，粗扎槽去余量大，零件振動造成尺寸超差及表面波紋，因此在第1、2段外壁纏上膠皮。

步驟5：按工步⑥、⑦、⑧車內型面，徑向方向上單邊留0.3余量。

說明：仍然在第1、2段外壁纏上膠皮。

步驟6：按工步①車去端面余量0.3，車去端面變形，留0.2余量。

步驟 7：按工步②、③精車外型面第1、2、3、4段，將0.3余量分配為0.2、0.1兩次走刀，保證最終尺寸。

說明：仍然采用8個楔塊做內支撐，每段車完成0.2余量時更換新刀片，車掉剩余的0.1余量，避免振紋，保證壁厚尺寸均勻。

步驟8：按工步④、⑤精車內徑及槽，車去徑向方向上的單邊0.3余量，窄槽反復上刀，修正振動產生的波紋。

步驟9：按工步⑥、⑦、⑧精車內型面，保證壁厚尺寸 1.2±0.05。

步驟10：按工步⑨精車第5段外型面，保證壁厚尺寸 1.2±0.05。

步驟11：按工步①將端面尺寸加工到位，車去剩余0.2余量，保證平面度。

3.2 數控車加工切削參數的選擇

通過對零件的試驗加工，總結出以下的切削參數較適合此類零件、此種材料（GH3536）的數控車加工：

型面車加工：n=35r/min

槽車加工：n=15r/min

8處凸臺斷續車加工：n=8r/min

4 火焰筒支撐銷孔座的加工工藝

火焰筒外環前端8處火焰筒支撐銷孔座，分別用五坐標加工中心φ10棒銑刀粗銑削、φ10球銑刀以對稱銑削方式精銑削完成。即以對稱兩處的環帶、銷孔座為一組加工，完成后再轉角度依次加工其余對稱三組。加工刀路例，見圖4、圖5：

5 大孔的加工工藝

圖4 銑削環帶刀路效果圖

圖5 銑削支撐銷孔座局部效果圖

零件徑向有2處φ27.5電嘴孔、48處φ18.5主燃孔、48處φ14.7摻混孔，1處φ15.5射流噴嘴孔、60處φ5.5瓦片安裝定位孔、120處φ5.5長圓形浮動瓦片安裝孔、120處φ6.5長圓形浮動瓦片安裝孔，如機械加工這些相對較大的孔，應采用激光粗打孔減少零件變形，再由四坐標加工中心精鏜孔。打孔時由小到大，對于數量大的分成若干組并且對稱加工。

6 沖擊孔的加工工藝

發動機為具有更好的冷卻性能，在火焰筒外壁上設計了上千個直徑在φ1.2～φ1.8、位置度φ0.3的徑向沖擊冷卻孔，這些小孔采用電加工的方法。

零件沖擊孔在5段外壁上分布（見圖1），每段有12組，加工中為減少積累誤差，每組沖擊孔均以已經鏜加工完成的安裝定位孔為角向定位加工，確保沖擊孔與浮動瓦片裝配時的對應性。

結語

通過對此課題的研制，對大型薄壁件的加工工藝有了更系統化的分析，包括工藝路線的安排、余量的分布、以及利用UG軟件編制循環程序等，同時掌握了此類零件的數控加工方法和該類材料數控切削參數的選擇。此次研制加工的成功，也為其它新型號薄壁機匣類整體環形火焰筒的數控加工，打下了良好的基礎。

參數文獻

[1]中國航空材料手冊[M].中國標準出版社.

[2]金屬切削手冊[M].上海科學技術出版社.