火焰筒加工技術研究

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110862）

隨著航空發動機設計性能的不斷提高，其機匣的設計精度越來越高，重量越來越輕，使機匣的設計結構越來越復雜，加上新材料的使用，給機匣在加工中如何安排工藝路線、如何控制切削變形，帶來極大難度，特別是壁厚極薄而且較為復雜型面的機匣加工，變形量的控制是該類零件制造技術提升的關鍵。

1 零件結構

該零件材料為GH3536，Ⅱ類軋環件，熱處理狀態為固溶，鑒于零件結構及材料特點，為加工增加了很大難度。

2 工藝分析

2.1 工藝路線分析

從零件的結構上分析，由于毛料去除量大，加工過程中產生較大加工應力，因此零件應該先進行粗車，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， 此工序要求機匣在自由狀態下基準面的平面度≤0.03 mm。表面是后續半精車和精車的基準，為保證基準面平面度要求，安排在立車加工。由零件結構看出該件裝夾定位性不好，需預留工藝邊方便后續精車、鉆鏜銑、電加工孔工序的裝夾。零件徑向有32處φ12后發蘭通氣孔、64處φ10.1主燃孔、32處φ13.8摻混孔、軸向24處φ6.4后發蘭安裝孔。其次大端有2處深槽：一處槽深14寬9角度15、另一處槽深31寬4角度15，且6段型面帶有寬2.1深7的環槽，如機械加工這些孔和槽，零件壁薄受力大會導致變形嚴重，安排了粗打孔，再由加工中心精鏜孔，對氣膜孔采用電火花加工。

2.2 數控精車分析

型面加工是該件研制加工重點、難點。由于型面錐度不同、敞開性差，加工過程中零件實時變形，讓刀現象非常嚴重，會導致同一部位沿型面壁厚尺寸不均等現象。主要難點有：1）零件尺寸精、薄壁（沿型面1.2±0.05mm）、易變形，選擇合適的走刀軌跡。2）大端槽比較深（一處槽深14寬9角度15 、另一處槽深31寬4角度15）、6段環槽（深7寬2.1），加工過程中易打刀，造成零件報廢，選擇合適的加工方法和切削參數，非常必要。3）由于零件為環形、薄壁類零件，型面復雜，在加工過程中，如果刀具結構選擇不當或刀具的裝夾位置選擇不當，刀具易與零件發生干涉，需要根據現場實際情況，對刀具和刀具的裝夾位置進行調整。

2.3 總方案分析

通常一道工序在車加工中首先是去除端面余量，然后進行車內、外表面的加工，對于高溫合金材料的薄壁機匣按這種方法加工時，機匣變形大，端面變形嚴重，在加工端面時應將端面留0.5mm的余量。扎槽時零件變形大，應先粗扎槽。再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。由于零件下部剛性較好，因此整個切削過程均為由上端至下端。加工難點主要通過以下措施解決：1）分階段加工。零件分為粗車-細車-精車，每階段均勻去余量，減小零件應力分布不均勻程度。2）合理安排熱處理工序。在零件的毛料狀態和粗加工后進行熱處理工序，消除機加過程中產生的應力。3）控制走刀路線。關鍵工序—細車、精車中，規定刀具走刀路線，減少和調整切削力，控制加工變形。4）控制切削參數。為減少零件變形，在加工過程中嚴格地控制切削參數。5）增加系統剛性。

2.4 數控加工切削參數的選擇

通過對零件試驗加工，總結出以下切削參數較適合此類零件、此種材料的數控車加工：

型面車加工：

n=35r/min。fn=0.18～0.2 mm/r。aP=0.1～0.5 mm。

槽車加工：

n =15r/min。fn=0.07～0.1mm/r。

2.5 氣膜孔的加工工藝分析

發動機為具有更好冷卻性能，在火焰筒外壁上設計了上千個直徑在φ1.2～φ1.6、位置度φ0.3的徑向氣膜孔，這些小孔加工一直是機械加工難點。

電火花打孔是電極與金屬間放電產生高溫腐蝕金屬達到穿孔的目的，用于加工超硬鋼材、硬質合金、銅、鋁及任何可導電性物質的細孔。最小可加工0.015mm的小孔，也可加工有錐度的小孔，被廣泛使用在精密零件加工中。火焰筒上小孔數量多，采用單電極打孔速度慢，采用排電極群孔加工工藝，選用紫銅電極進行加工。

3 總結

通過該零件的研制，對大型薄壁件的工藝加工有了更系統化的分析，從工藝路線的安排、余量分布、以及UG軟件編制循環程序的應用，同時掌握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，總結出以下經驗：1）選擇小刀尖半徑刀片（一般R在0.2～0.4），以避免變形，但要保證刀具壽命，刀尖半徑不能太小。2）減少主切削角：粗加工時為6°～8°，精加工時為10°～12°，讓零件強度高的部分或夾具承受載荷。3）減少切深：該材料型面車加工選擇切深范圍在0.1～0.5 mm。4）不要讓刀具過多滯留在加工表面上。5）降低切速：該材料型面加工8～35r/min。6）許多機匣壁很薄，薄壁件的變形是一個重要的問題，由于切削壓力和剪切應力過大，產生的部分熱量會引起零件變形，在壁非常薄的部分熱量會穿透到截面所有部分，引起金相顯微組織損傷，此時為降低切速，限制熱量集中，可以使用硬度合金刀具。7）在某種情況下，切削方向非常重要，例如：一些薄壁件在加工中出現的振顫.變形問題，可由根部向外車削改為由外向根部切削加以解決，用該方法可將切削力集中于裝夾上。

結語

通過調整加工方式以及對刀具的優化，調整走刀路線等一系列新技術，增強機匣加工技術的同時使加工成本大幅降低。特別是車削、小孔加工技術在復雜的薄壁環形零件上得到應用，積累了寶貴經驗。

[1]王愛玲，等.機匣制造技術[M].北京：國防工業出版社.