CF6-80E型航空發動機風扇整流罩車加工變形控制

閆 龍 臧笑宇 徐厚乾 王華東

（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）

1 概述

本文針對GE航空CF6-80E型發動機風扇整流罩車加工變形控制問題進行研究，共有兩個技術瓶頸困擾和制約該件號零件的批產交付，首先是零件車加工變形導致零件壁厚差不合格和動平衡量過大，需返修；其次是零件小端基準在零件進行完噴丸工藝后膨脹變形，需要進行二次返工，返工率達到100%，嚴重制約生產。通過對零件加工過程的跟蹤和數據的收集分析，制定合理有效的改進工藝方案，實現加工變形控制。

2 零件類型

零件最大直徑φ800.56mm，高318.8mm，各處壁厚分別為3.175mm和4.762mm，壁厚差要求0.07mm最大，小端基準尺寸及技術公差要求均為0.10mm。屬于大直徑薄壁易變形件，零件裝配位置為CF6-80E型發動機最前端，用于整流進氣，零件壁厚差和平衡量控制直接影響零件的工作狀態，需要嚴格按照設計圖要求進行控制。

零件結構較復雜，內型有兩處半封閉行腔組成，外型是由多組型面點構成的曲面，零件內外型有多處軸向和徑向孔，且在兩處安裝邊上分布有花邊，加工工藝路線較長，有噴丸，熒光，陽極化，涂漆多種特種工藝，并且在單件和組件裝配后均需要進行動平衡檢測。

3 研究目標和解決方案

3.1 材料特點

零件材料AMS4147鋁合金，加工需要選擇鋒利大正前角刀具，加工中和加工后最重要的是對零件進行防腐，以保證零件在加工滿足要求的同時不受到非加工因素的影響導致返工或報廢。

3.2 工藝

車加工工藝路線：

4 檢查毛料—15粗車小端基準—20粗車大端—25粗車外型面—30粗車內型面小端—35半精車外型面—40半精車內型面—42精車基準—45精車外型面—50精車內型面......100噴丸—110車小端基準。

3.3 問題分析

第一，零件大部分余量都是在20/25/30三道工序去除，其中20工序去除零件內部型腔余量達到單邊22mm以上，并且通過余量圖計算得到的余量分布并不均勻，這樣給后續半精加工留有余量過大，導致在半精車工序還需要對內型腔進行去除剩余大余量，這樣就會對零件的狀態產生第二次影響，后期加工如果應力再進行逐步釋放后會加大零件變形，進一步影響零件狀態，同時由于粗車是在普通立車進行，半精車是在數控立車進行，這樣也會大大影響加工效率。

第二，零件的壁厚差和變形集中突顯是在45/50精車內外型面兩道工序，先進行外型精車加工后進行內型精車加工。經過現場跟蹤零件加工狀態，零件在加工45工序外型面后零件的外型圓度與基準圓度都在0.05-0.09之間，符合設計圖要求和壁厚差要求；在進行50工序精車內型后，零件狀態發生巨大變化，經過分析，由于零件在進行完45工序是零件壁厚已經達到4.175mm，比較薄，強度要弱于半精車時的零件，這樣在進行50工序加工零件內型腔時，由于結構限制，使用的大部分為球形刀具，這樣車削時的切削抗力鉸大，并且車削走刀方向軸向與徑向均有，零件反復受力作用下產生嚴重變形，也造成壁厚不均勻；同時也會使得零件在動平衡時平衡量過大，造成零件100%返修。

第三，零件由于去除量大，車加工使得零件狀態變化時產生的內應力逐步積攢，在零件進行100工序噴丸后，零件內應力得到釋放，造成零件小端基準直口尺寸變大，這樣零件就要進行110工序車修基準，零件在全部車加工完成后進行重新車修基準，這樣基準產生變化，就會對零件的整體狀態和相關尺寸，技術條件產生影響；此外，車加工過程中的鋁削和冷卻液也會對噴丸后零件產生污染。

3.4 工藝解決方案

首先，根據加工余量分布不均勻問題重新繪制余量分布圖，將粗加工余量進行調整，在最大限度去除毛料余量，改進后，內型腔單邊多去除余量8.56mm，給半精加工留有余量更加均勻，達到2.5-3.5mm；這樣也使得半精車工序進行后零件的狀態好于原工藝方法。

其次，根據上述問題分析，制定控制零件變形，保證壁厚差方案為將零件兩道精車加工工序順序進行對調調整，這樣調整后，就可以實現在加工較難，對零件狀態影響較大的精車內型工序時，零件的整體壁厚較厚，零件整體強度好于精車外型進行后的零件；同時在精車完精車內型工序后，單工序保證了零件內型部分的尺寸和技術條件要求。此后，進行精車外型面，該工序的余量非常均勻，都是隨著零件的曲面分布的，并且精車外型面只需要一條加工程序，零件切削狀態始終保持一致，切削力方向也保持一致，這樣就不會影響到零件的整體狀態，保證了零件壁厚差要求的同時也很好的控制住了零件變形，達到預期目的。

最后，我們對零件小端基準在車加工后和噴丸膨脹后的數據進行收集，共收集了兩個批次15件零件的數據，經過對比，零件在噴丸后小端基準都會因為應力釋放而膨脹變大，變化量在0.11-0.15mm之間。得到以上的變化量區間后，我們對零件精車基準工序的基準尺寸進行調整，將變化量計算入加工公差范圍內。調整后繼續對現場加工零件數據進行跟蹤一個批次，共6件，零件變化量全部控制在設計圖要求范圍內，100%符合要求。

4 結論與成果

經過以上對三種問題的分析和改進，解決了零件的車加工變形及壁厚差不均勻問題。粗車余量的調整，在控制住零件變形的基礎上，提高了零件半精車效率8小時，提高生產效率25%以上；零件小端基準的尺寸公差調整，100%消除了噴丸后零件小端基準膨脹不合格問題，徹底解放了110工序，節約加工時間和生產準備時間6小時；獲益最大的就是兩道精車工序的調整，解決了零件變形和壁厚差不均勻問題，保證了零件加工狀態，使得一次加工合格率達到100%，也減少了零件不平衡量。

[1]某型渦輪風扇發動機風扇轉子整流罩的車加工[J].現代零部件，2006.