某靜子組件工藝研究

王 雨 武 佳 孫可婧（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

某靜子組件工藝研究

王 雨 武 佳 孫可婧
（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

摘 要：該組件由內(nèi)機(jī)匣與外機(jī)匣以及百余片葉片電子束焊焊接組成。零件材料：TC4，尺寸精度要求高，其形位公差要求嚴(yán)，最大直徑Ф1028.5mm，安裝邊端面跳動(dòng)為0.03mm，徑向跳動(dòng)為0.03mm，最小薄壁厚為1.2mm，前后安裝邊上有直徑大小不同的孔共100多個(gè)，位置度要求為0.06mm、0.1 mm。由于以往沒有加工過(guò)這類由大量葉片焊接連接而成的大直徑薄壁鈦合金組合件，因此無(wú)法對(duì)其變形給出確切數(shù)值。另外該組合件上有一種樹脂材料和兩種涂層，分別為：含空心玻璃珠的RTV硅樹脂；面層材料為Metco601NS的涂層（底層材料為Metco450NS/KF-6）；以及Cu-Ni-In涂層，上述樹脂及涂層還是我公司首次使用，澆灌、噴涂工藝尚未有成熟工藝，其機(jī)加性能更是一無(wú)所知。通過(guò)本次攻關(guān)以四級(jí)靜子組件為突破掌握這類大直徑薄壁機(jī)匣、葉片焊接組合件的加工工藝，以及摸索上述三種涂層的加工性能，為其它類似零件提供借鑒數(shù)據(jù)，提升機(jī)加工藝能力，并為后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制奠定工藝基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大直徑；薄壁機(jī)匣；葉片焊接；變形控制；涂層；加工工藝

1 引言

零～四級(jí)靜子組件是X20發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)機(jī)匣的主要部件，是焊接機(jī)匣，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由內(nèi)、外機(jī)匣與百余片葉片電子束焊焊接而成，零件壁薄剛性差，焊接變形大，設(shè)計(jì)精度要求高，造成機(jī)械加工難度大，組件上含有一種樹脂材料和兩種涂層，分別為：含玻璃珠的硅樹脂；面層材料為Metco601NS的涂層（底層材料為Metco450NS/KF-6）；以及Cu-Ni-In涂層，上述樹脂及涂層還是我公司首次使用，澆灌、噴涂工藝尚未有成熟工藝，其機(jī)加性能更是一無(wú)所知，故組合件的加工工藝路線的制定難度較大。通過(guò)工藝攻關(guān)解決零件的首件加工研制，同時(shí)也為其它相似件的加工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2 零件簡(jiǎn)介

零件屬于大型薄壁焊接環(huán)形機(jī)匣，由內(nèi)環(huán)、外機(jī)匣、葉片等組成。零～四級(jí)靜子組件中最大直徑Ф1028.5mm，最高軸向高度為126.7mm，尺寸精度要求高，其形位公差要求嚴(yán)，安裝邊端面跳動(dòng)為0.03mm，徑向跳動(dòng)為0.03mm，最小壁厚為1.2mm，前、后安裝邊上有直徑大小不同的精密定位孔及螺栓連接孔共100多個(gè)，精密定位孔位置度要求為0.06mm。零～四級(jí)靜子組件內(nèi)環(huán)內(nèi)表面有含空心玻璃珠的硅樹脂，為轉(zhuǎn)子配合處，二、三、四級(jí)機(jī)匣的內(nèi)流道表面有Metco601NS涂層，為轉(zhuǎn)子葉片配合處。四級(jí)機(jī)匣內(nèi)環(huán)Cu-Ni-In涂層。

3 總體方案

3.1 設(shè)備選擇

零～四級(jí)靜子組件設(shè)計(jì)要求型面尺寸及技術(shù)條件精度高，因此加工工序采用高精度數(shù)控設(shè)備，以便獲得高的尺寸精度及形位公差。加工中選用以下設(shè)備：臺(tái)灣數(shù)控立車、雙柱精密立式加工中心。

3.2 控制變形采取的措施

（1）減少單件機(jī)加殘余應(yīng)力帶到焊接組件中：合理劃分零件機(jī)匣殼體加工階段、均勻去除加工余量。零件加工過(guò)程主要分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)階段，粗加工階段去除毛料大部分加工余量，材料去除量較大、切削用量較高、切削力較大，存在一定的加工應(yīng)力，因此粗加工后要安排消除應(yīng)力熱處理，去除加工應(yīng)力；半精加工階段的目的是使精加工的余量更為均勻，進(jìn)一步釋放加工應(yīng)力；精加工階段的加工余量較小、余量去除更為均勻，切削力較小，加工應(yīng)力分布均衡，零件變形較小。機(jī)匣殼體組合加工尺寸均勻留3mm余量，在組件中劃分半精加工、精加工兩個(gè)加工階段，在半精加工中增加修復(fù)基準(zhǔn)安排，保證零件加工定位面的精度（即平面度），使加工零件處于良好的裝夾狀態(tài)，避免零件精加工中壓緊變形。（2）內(nèi)、外表面對(duì)稱循環(huán)車削加工。由于機(jī)匣壁厚較薄，零件剛性較差，零件在切削力的作用下會(huì)產(chǎn)生變形，通過(guò)控制切削深度，內(nèi)、外表面交替循環(huán)車削，能夠減小零件變形。（3）根據(jù)零件材料和結(jié)構(gòu)，合理選擇加工刀具，確定合理的切削參數(shù)。（4）采用合理的零件裝夾方式，軸向壓緊、徑向定位，加工中增加輔助支撐要求，增強(qiáng)零件工藝系統(tǒng)剛性，以減小零件加工變形。（5）采用數(shù)控加工方法，能夠減少人為操作失誤，優(yōu)化數(shù)控程序，合理選用加工刀具，優(yōu)化切削參數(shù)，穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高加工效率。（6）加工前，用劃線方式初步確定零件的余量分布狀況，進(jìn)行調(diào)整，以劃線做為粗加工找正基準(zhǔn)。

3.3 關(guān)鍵工序分析

（1）劃線工序。靜子組件焊后熱處理消除殘余應(yīng)力，半成品變形，半精加工無(wú)基準(zhǔn)，需安排劃線，對(duì)余量進(jìn)行調(diào)整及基準(zhǔn)確定，加工后使所有機(jī)加表面均能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定尺寸要求，加工面至非加工表面的尺寸也應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖規(guī)定尺寸要求。（2）定位基準(zhǔn)面的加工。定位基準(zhǔn)是零件高精度尺寸、技術(shù)條件的保證。在確定定位基準(zhǔn)時(shí)，不能只考慮單個(gè)工序，要對(duì)整個(gè)定位基準(zhǔn)進(jìn)行分析。加工過(guò)程中，需要進(jìn)行定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，這就要求轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)也有較高的精度要求。機(jī)匣殼體由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄，容易產(chǎn)生加工變形，定位基準(zhǔn)面的實(shí)際狀態(tài)是對(duì)變形量控制的關(guān)鍵，即平面度要滿足高精度尺寸、技術(shù)條件的要求。（3）精車加工。加工后壁厚僅有1.2mm，該處加工尺寸小、壁薄、結(jié)構(gòu)剛性差，導(dǎo)致加工切削力大，加工過(guò)程中存在讓刀和變形現(xiàn)象，使型面難以加工，須選擇合適的加工參數(shù)。（4）對(duì)玻璃珠硅樹脂、Metco601NS、Cu-Ni-In涂層的加工： 靜子組件為焊接組件，其需進(jìn)行焊接、真空熱處理、澆注硅樹脂、噴涂金屬涂層、車加工等工序，因此必須解決三種特殊涂層工序安排問題。考慮到零件大、壁薄、變形，Metco601NS涂層單邊厚度2 mm ，Cu-Ni-In涂層單邊厚度僅有0.04～0.12厚，真空熱處理對(duì)涂層結(jié)合力有影響，因此決定在組合件中車涂層基體尺寸后進(jìn)行噴涂。三種特殊涂層尺寸加工在組件中最終完成，保證與安裝邊定位止口跳動(dòng)要求，而且可以減少零件周轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)涂層造成的損傷。涂層的安排順序?yàn)椋汉附咏M件→澆灌硅樹脂→車加工Cu-Ni-In、Metco601NS涂層基體尺寸→噴涂Cu-Ni-In、噴涂Metco601NS涂層→車加工灌硅樹脂、Cu-Ni-In、Metco601NS涂層。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)零～四級(jí)靜子組件的工藝研究及試驗(yàn)加工，掌握了此類有多種涂層的薄壁焊接零件的加工方法、工藝路線和多種涂層材料應(yīng)采用的切削參數(shù)。此次試驗(yàn)加工的成功，為其它相似類零件的加工，打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]工程材料實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[2]金屬切削手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

[3]航空材料學(xué)與金屬加工工藝[Z].沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司.

中圖分類號(hào)：TG493

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A