航空發動機精密軸承座加工技術應用

樊照遠++趙冬梅++馬良++韓冰++梁娜

摘 要：航空發動機零部件在機械加工過程中，精密軸承座類零件的合格交付一直是研制中的難題。突出技術問題是變形大，鑄件毛料質量穩定性差，總體工藝技術不成熟。本文參考鈦合金軸承座加工工藝路線、刀具和切削參數研究成果，研究高溫合金材料的軸承座工藝過程，為國內高溫合金軸承座批量生產提供技術上的借鑒。

關鍵詞：加工變形；鑄造軸承；工藝優化

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A

0.引言

精密軸承座是航空發動機的重要承力部件，其結構復雜、制造難度大，對保證發動機質量和提高發動機整體運轉壽命方面有著至關重要的作用，因此對精密軸承座的加工工藝與交付質量有著更高要求。在各類軸承座加工過程中，鑄造類軸承座是較難加工的一類，結構復雜且余量分布不均勻，重要精密尺寸及跳動不能保證。如何提高鑄造高溫合金材料加工效率、降低產品生產周期與成本是目前航空企業面臨的重點問題。本文通過開展軸承座類零件變形控制技術研究，解決軸承座加工后變形問題，達到軸承座加工后尺寸及技術條件滿足設計圖要求。提高公司軸承座類零件的鑄造、加工技術水平，提高發動機的整體使用性能。

1.加工難點分析

現以某項目的精密鑄造軸承座為例，軸承座上有供油、回油、通風孔及三道密封環，整體壁厚較薄，結構復雜，精度高；軸承座側面斜臺階孔延伸后與大安裝邊距離小，在銑加工和鉆孔過程中刀具易發生干涉，且懸伸長度較長，刀具產生振動。

與以往研制的同類鑄件相比，在材料、結構形式等方面差異很大。從材料方面看，以往加工軸承座材料為鈦合金，本次試驗件為高溫合金，高溫合金鑄件相對鈦合金鑄件硬度要高，且硬度不均勻，表面硬化現象嚴重，易產生崩刃現象，切削加工性差。

2.工藝改進與參數優化

2.1 工藝路線安排方面

從零件結構上進行分析，零件變形主要是因為鑄造余量不均勻，加工受力不均勻，精加工基準面狀態不好。為解決這些問題，在工藝路線安排上采取如下方案：將鑄造不均勻部位的加工在粗加工過程完成，將精尺寸部位預留少部分余量在大部分余量加工完畢后去除。之后進行型面及孔的加工，側面孔由于切削加工量小，且采取鏜加工方法，零件受力變形相對較小。

2.2 余量分布方面

原有工藝過程零件加工工序間余量較保守，精加工過程加工量大，雖然車加工完畢后零件合格，由于精車后進行大部分鏜銑加工至最終形成尺寸檢驗時，精密尺寸存在超差現象。為避免此種情況發生，安排加工余量時減小細車、精車加工余量。不精密的尺寸及技術要求在細車工序加工到位，精車工序僅留少部分精密表面進行加工，減少加工量以控制加工應力及變形。

2.3 裝夾方面

經分析增加輔助支撐，在懸臂腔填充白石蠟的方法增加系統剛性。長懸臂加工部位的余量在粗、半精加工去除完畢，防止精加工后由于零件整體剛性差，產生加工不穩定現象。大安裝邊為整環形結構，穩定性較好，采用組合夾具，加工孔時增加輔助支承。小安裝邊為花邊結構，定位不穩定，采用鋁盤自制夾具定位。

2.4 刀具選擇方面

側面斜孔采取機械加工的方法。考慮零件材料硬度高，針對開放面加工部位在現有條件選擇合適的加工刀具，確定側面斜孔及干涉部位倒角刀具方案。制訂選擇特殊的加長刀桿，減震刀具的加工方案，保證零件加工的質量。

2.5 加工參數方面

對以往加工材料硬度及狀態分析，參照切削手冊及現場加工經驗，并在加工過程中驗證并優化切削參數。

2.6 走刀路線方面

加工大安裝邊孔時，在對應下部進行輔助支撐，同時采取階梯2-3次鉆孔的方式加工，避免一次加工切削力過大造成的變形。銑花邊時采用對稱的銑削方式，對稱切除加工余量，減少銑加工過程中產生的殘余應力，減少由此引起的變形。

3.優化后加工效果

（1）基準面及各工序變形情況

經優化后，零件在精車加工前軸向基準面平面度及圓周找正面跳動均大幅度優化，在精車后零件自由狀態與限制狀態尺寸基本保持一致，小端止口尺寸，大端止口尺寸及對應圓周跳動合格。

（2）斜面深孔加工

側面斜臺階孔使用整體臺階式加長刀桿，刀具選用大于100長的鉆頭與銑刀加工。在鏜加工精密孔剩余0.05余量時，按每刀0.01進給多次，最終加工孔尺寸滿足設計要求。

（3）工藝提升

基準面配合及壓緊狀態前后是否變形是零件加工是否合格的關鍵，基準面狀態越好，加工后的零件狀態越好。對于鑄造不均勻的表面，有鑄造硬化層，且加工余量分布不均勻，切削力相對較大且分布不均，加工中容易產生變形，為避免不均勻加工造成的變形，應在精加工前將不均勻的表面去除。

結語

通過對此課題的研究，對高溫合金鑄造軸承座變形控制方面有了一定的了解，摸索出一套針對高溫合金軸承座零件的加工方案，基本上滿足零件加工需求。但在加工殘余應力等零件變形深層原因，有待進一步地深入研究。

參考文獻

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