航空發動機機匣加工變形分析與控制

安麗莎 韓永武 鄧連興

摘 要：航空發動機是飛機的動力核心，其所產生的強大推力來推動飛機快速前進。機匣是航空發動機中的重要組成部分，其主要用于承受航空發動機在工作中所產生的負載和質量慣性力，做好航空發動機機匣的設計和制造對于提高航空發動機的質量有著極為重要的意義。航空發動機機匣為了實現航空發動機的功能，其在設計中多采用的是薄壁、整體的回轉結構。航空發動機機匣所使用的材料主要為鈦合金、高溫合金等，其硬度高、加工難度大，尤其是在航空發動機機匣機械加工的過程中所產生的變形問題直接影響著航空發動機機匣的機械加工質量。本文將在分析航空發動機機匣機械加工中變形原因的基礎上對如何控制航空發動機機匣機械加工中變形問題進行分析闡述，提高航空發動機的制造質量。

關鍵詞：航空發動機機匣；變形；機械加工

中圖分類號：TK416 文獻標志碼：A

航空發動機機匣是航空發動機中的重要受力部件之一，其加工制造質量直接影響著航空發動機的使用性能。在航空發動機機匣的機械加工過程中應當注意采用合理的工藝和措施用以控制航空發動機機匣在機械加工中所產生的變形問題，通過工藝優化、參數優化、路徑補償等方式將航空發動機機匣機械加工中所產生的變形量控制在最低水平，提高航空發動機機匣的機械加工質量。

1 航空發動機機匣在機械加工過程中產生變形的原因分析

航空發動機機匣是航空發動機中的重要受力部件之一，航空發動機機匣是由各部分具備不同結構和功用的機匣組合件焊接而成的，在航空發動機機匣的加工制造過程中，焊接變形和機械加工變形是影響航空發動機機匣加工制造質量的兩個主要的因素。航空發動機機匣由于其功用要求使得其在設計的過程中主要是薄壁型結構，尤其是現今隨著大功率航空發動機需求的不斷增加，大直徑的航空發動機機匣將越來越多的成為航空發動機機匣制造的主要類型。

航空發動機機匣屬于典型的薄壁結構件，由于航空發動機機匣的壁厚較薄，一些航空發動機機匣的最薄處僅有幾個mm，從而使得航空發動機機匣的剛性較弱，致使航空發動機機匣在機械加工的過程中容易受到裝夾力、切削力和機械加工所產生的殘余應力的影響而導致變形。航空發動機機匣在加工過程中需要對零部件進行裝夾固定，如裝夾力不平衡將會對航空發動機機匣這一較弱的剛性結構產生不必要的附加力，從而導致航空發動機機匣在加工制造后產生變形。因裝夾力而導致的航空發動機機匣變形多發生在航空發動機機匣的端面、薄壁處。

航空發動機機匣因切削力所導致的變形是由于刀具所產生的切削力作用于航空發動機機匣時將會使得航空發動機機匣產生“讓刀”變形，由于切削力的作用所導致的航空發動機機匣機械加工變形多發生于航空發動機機匣的薄壁處，其容易造成航空發動機機匣在圓度、圓跳動量等的檢測數據上超差。

殘余應力是造成航空發動機機匣加工變形的重要原因之一，在航空發動機機械加工的過程中，切削所產生的應力在航空發動機機匣內不斷積聚并逐漸的影響著航空發動機機匣，這些應力的存在將逐步的影響著航空發動機機匣并導致航空發動機機匣產生變形。

2 航空發動機機匣機械加工變形控制策略

航空發動機機匣機械加工是航空發動機機匣加工制造的主要方式，為提高航空發動機機匣機械加工質量，減少變形對于航空發動機機匣機械加工質量的影響應當針對航空發動機機匣機械加工中產生變形的原因采取合理的措施來做好變形的控制，提高航空發動機機匣機械加工質量。由于航空發動機機匣機械加工變形是多種因素共同作用的結果，在航空發動機機匣機械加工中需要采用多種方式做好航空發動機機匣機械加工中的工藝、裝夾等的優化，提高航空發動機機匣機械加工質量。

某型號的航空發動機風扇機匣其外環采用的是TC4型材料，其結構設計為整體回轉結構，在環壁最薄處僅為2mm，直徑接近1000mm，航空發動機風扇機匣這一結構特點導致其在機械加工的過程中極易受到各種作用力的影響而導致航空發動機風扇機匣在機械加工中產生變形，從而影響航空發動機風扇機匣的加工質量。

通過測量分析發現航空發動機風扇機匣的加工變形主要發生于精加工工序后，在精加工完成后航空發動機風扇機匣失去拘束后恢復到自由狀態后其徑向圓跳動的測量數據超差。為提高航空發動機風扇機匣的機械加工質量，減少變形在航空發動機風扇機匣的機械加工中需要對加工工藝、裝夾方式等進行優化。

在航空發動機風扇機匣的裝夾方式上：由于航空發動機風扇機匣的結構特點，常常將航空發動機風扇機匣的兩端面作為加工基準，在航空發動機風扇機匣的裝夾上主要包括軸向壓緊和徑向壓緊，在對航空發動機風扇機匣的上端面進行精加工時，作為基準的下端面由于存在平面度誤差，在對航空發動機風扇機匣進行軸向壓緊時將會由于受力不均而產生變形，通過對航空發動機風扇機匣的裝夾變形進行模擬分析，發現裝夾不當將會導致航空發動機風扇機匣產生約0.05mm的變形量，這一變形量的存在將會對后續以上端面為基準所進行的航空發動機風扇機匣機械加工產生極大的影響，將會產生誤差疊加。在對航空發動機風扇機匣端面基準的加工中，需要盡量采用徑向壓緊的裝夾方式。而在對航空發動機風扇機匣的其他部分進行機械加工時應當盡量采用軸向壓緊用以降低因裝夾所引起的薄壁變形問題，提高航空發動機風扇機匣的加工精度。

做好航空發動機風扇機匣機械加工參數的優化也是提高航空發動機風扇機匣機械加工質量的重要方式之一。在航空發動機風扇機匣的機械加工中，車削加工是其主要的加工方式。由于粗加工、半精加工階段都留有較大的加工余量，在對航空發動機風扇機匣進行機械加工時加工切削力對于航空發動機風扇機匣的影響較小，可以通過合理的熱處理工藝來消除粗、半精加工中所產生的切削應力。

在精車階段，為降低車削力對航空發動機風扇機匣機械加工的影響需要對精車階段機械進行良好的模擬，控制航空發動機風扇機匣精車加工中的切削進給和切削深度，并提高車削的轉速，采取高轉速、低進給的方式來控制車削加工中的車削力。并在車削的過程中注意做好冷卻，減少切削熱對航空發動機風扇機匣機械加工的影響。

在車削工藝的編制上還需要注意合理的選擇加工路徑并結合航空發動機風扇機匣的材料特點來合理地選擇刀具、車削速度和進給量等的加工參數，為控制殘余應力釋放所帶來的加工變形，在航空發動機風扇機匣加工的過程中應當盡可能地保證將存在殘余應力部分的材料去掉。殘余應力一般分布在距離加工表面0.3mm以內的范圍內，在0.3mm以下的位置切削應力的大小基本為零，在航空發動機風扇機匣的精加工階段應當盡量使切削深度大于0.3mm，并在最后一刀中采用較小的進給速度用以確保航空發動機風扇機匣精加工后航空發動機風扇機匣表面殘余應力的大小和分布均勻。

結語

航空發動機機匣加工是一項復雜而系統的工作，為提高航空發動機機匣的機械加工質量需要積極做好航空發動機機匣機械加工變形。由于航空發動機機匣屬于薄壁型結構，其在加工中受外界因素影響較大，在航空發動機機匣的機械加工中需要結合變形產生的原因采取針對性的措施來控制好航空發動機機匣機械加工中的變形量，提高航空發動機機匣的加工質量。

參考文獻

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