對機匣零件加工工藝的研究

郭永明 曹津銘 謝振武

摘 要：近年來航空發動機的性能及設計結構在不斷改進和提高。發動機機匣零件的材料、結構也發生了很大的變化，特別是具有復雜外型面的整體結構機匣，其外型面的成形加工是普通機械加工工藝所不能實現的，文章將對航空發動機機匣加工的幾種工藝進行研究，并結合現代數控加工技術，通過對典型結構機匣外型面大量的基礎試驗研究，在保證工藝要求基礎上，滿足了生產高效益的需求。

關鍵詞：機匣零件；加工工藝；研究

引言：近年來我國的航空制造行業在航空發動機的設計研發、性能研發以及結構設計上在進行不斷的創新和發展。在我國航空制造加工行業中已經在應用多種形式和規格的難以加工和制造的材料進行航空發動機的生產和制造。除少數零件用鈦合金外，其余零件多采用高溫合金，不僅材料強度高、硬度高，韌性和延伸率大，而且導熱性能極差，這樣的問題就會導致航空制造行業的航空發動機的加工難度越來越大，在加工過程中出現的加工變形以及加工低效率問題已經嚴重的制約了我國航空發動機機匣的生產制造和加工，因此對航空機匣的加工技術的研究勢在必行。

一、高效加工工藝分析

在航空發動機薄壁機匣加工的過程中，使用較為高效的切削加工技術進行加工最主要的在于保障薄壁機匣切削過程的高效率以及高穩定性。但是伴隨著我國航空發動機機匣零件越來越薄的壁厚，以及越來越脆弱的零件加工剛性，這樣就給我國航空發動機薄壁機匣的加工帶來了非常大的變形風險，導致了在加工的過程中切削過程容易出現震顫的狀況，嚴重的影響了加工零件的加工效率以及加工質量。高效切削加工技術在應用的過程中的主要思路就是要有效的利用沒有加工的零件位置進行相應的固定作用，作為切削加工的支撐，這樣能夠有效的保障切削加工的全過程處在一種剛性較強的情況。針對航空發動機的薄壁機匣側壁的加工，我們應該將切削加工具體參數控制在一定的加工參數范圍之內，我們在切削加工的過程中要使用分層切削加工，首先要在進行切深加工的過程中使用大徑向，其次要在進行切深的過程中使用小軸向。這樣的分層切削加工技術能夠最大限度的利用被加工零件的剛性和強度。在薄壁機匣型腔較深的切削加工過程中，我們要合理的利用長徑比較大的加工刀具進行切削加工，這樣能夠較為有效的處理加工過程中出現的加工難題，能夠最大限度的規避加工過程中側壁同刀具的干涉情況。需要注意的是我們在切削加工的過程中還可以針對特殊的加工零件設計和采用特殊形狀的切削銑刀，這樣能夠最大限度的降低切削加工刀具在加工過程中導致的零件加工變形問題。

二、機匣加工過程中的切削加工刀具加工軌跡的優化。

1.機匣切割運行軌跡優化方案

在薄壁機匣的切削加工過程中，切削刀具的運行軌跡非常的重要，我們要保障在切削加工的過程中有效的規避切削加工刀具不接觸到切削的變形位置。在切削加工的粗加工過程中要進行分層銑削，這樣能夠有效的均勻釋放加工應力；在切削加工的過程中應用往復形式的斜下刀能夠有效的降低切削刀具對于加工零件的垂直方向的加擠壓力；在切削加工的過程中要有效的確保刀具處于良好的切削狀態，磨損要及時更換。當然，刀具軌跡優化主要是在切削走刀加工路徑等問題上進行詳細的優化，同時在優化的過程中還要針對加工過程中的實際情況進行加工零件的變形有效控制。

2.圓角切削加工過程中的刀具優化路線具體方案

在我國航空制造行業中，航空發動機的薄壁機匣具有較差的剛性，如果在加工的過程中沒有適當的進刀方式，將會引起零件的變形。切削速度、加工深度等加工參數大，將產生較大的切削力，導致零件變形。因此，在切削加工的過程中，由于切削力的突然改變會造成加工刀具以及加工零件的變形量提升，會造成加工零件的加工尺寸加大誤差。切削加工的過程中切削振動會造成薄壁機匣的圓角出現加工振紋，嚴重的影響了零件的加工質量以及加工精度。在切削加工的過程中，優化圓角的切削刀具走刀路線，我們要有效的保障切削刀具的恒定加工切入角，或者提升刀具的加工路徑，盡量的減少加工零件圓角處的加工徑向切深，這樣能夠最大限度的降低有切削加工力突然變化導致的圓角加工質量問題。零件圓角處的刀具優化路徑方案，能夠

有效的保障切削加工的穩定性，最大限度的減少零件的加工變形以及切削加工振動等問題，有效的提升零件的加工表面精度以及質量。

三、主要零件制造難點分析和加工工藝

1.導向器機匣主要難點分析和加工工藝

導向器機匣結構形式為薄壁環型機匣 ，其主要加工工藝和難點是機匣上葉型孔薄壁處的數控車加工和葉型孔的切割加工。加工時零件易橢圓變形 ，薄壁處出現弧形變形 ，加工表面振紋大，表面粗糙。通過合理安排粗精加工余量和走刀路線，加工葉型孔處的薄壁是—個帶有轉折的空間曲面，并且壁厚不均勻，用常規的加工方法難以加工，多方求證后，采用了激光切割的工藝方法進行加工。通過分別為導向器機匣和導向器內環定制檢測專用的葉型孔通止規，克服導向葉片一致性較差的問題 ，利于導向器機匣和導向器內環上葉型孔進行加工和檢測。

2.導向器內環主要難點分析和加工工藝

導向器內環屬于薄壁環類零件 ，其主要加工難點是薄壁處的數控車成形加工。加工表面容易產生振紋 ，表面粗糙度差。如果粗精車加工余量和走刀方式安排不當，容易使薄壁端面發生傾斜變形。通過合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對數控程序進行更改和調整，取得了穩定良好的加工效果。

3.噴涂和渦輪分瓣外環難點分析和裝配工藝

組件的噴涂工序安排在渦輪分瓣外環的裝配工序之前進行，避免在噴涂過程中對渦輪分瓣外環的石墨涂層造成不利影響。在噴涂過程中出現的主要問題是組件在裝夾和受熱條件下，仍會發生變形，導致加工基準的橢圓變形，對后續加工中保證各涂層對基準的跳動要求造成影響。通過與噴涂承制單位的分析和研究 ，先后改進了噴涂以及噴涂后加工的工裝，調整了噴涂加工的參數，兩次調整了余量分配，使發生基準變形的情況和產生的變形量減少，最終在精加工后涂層對基準的跳動達到較好效果。

4.焊接后機加難點分析和主要工藝

在機匣焊接為整體后，需機加去除各零件所留余量，加工至最終尺寸，為噴涂做好準備。這部分工藝內容的難點主要是組件加工后容易發生橢圓變形，以及保證機匣和內環軸向尺寸關系并同時保證單件尺寸要求。由于渦輪機匣組件是—個較為復雜的高溫合金薄壁焊接件，在經過多種焊接工藝后，薄壁處存在較大應力，材料機加工藝性能不好，在加工中產生的抗力較大，組件加工時易產生受力變形。對最終各處跳動量影響較大。在研制過程中，針對組件加工后容易橢圓變形的問題，需要逐步對各工序加工受力變形情況進行了摸索，通過分析以往超差項目，綜合各種情況后，對工藝流程進行適當優化調整，并進一步對各工序裝夾系統及加工參數進行了有效的改進。

結語：航空發動機熱端部件材料均屬于難加工材料，在機匣單組件的研制過程中，在零件單組件的機加工藝、組件的裝配和焊接工藝、熱噴涂涂層及其加工工藝等方面積累了寶貴經驗，也為其他類似熱端部件的制造工藝提供了借鑒，但為了使制造工藝成熟穩定并推廣應用，仍有一些難點需要開展深入研究，主要包括薄壁件機加變形控制、難加工材料機加參數探索、焊接前后尺寸精度保證等。

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