如何減少航空發動機鋁合金零部件加工變形問題

鄭天勝 李澄 龔天才 孫升志

摘 要：對于航空事業而言，航空發動機具有至關重要的作用，其加工質量會對航空事業的發展造成直接的影響，而鋁合金零部件是航空發動機的重要組成部分，但在加工過程中，往往會受到各種因素的影響，從而出現加工變形問題，無法在航空發動機當中進行正常使用，同時也會降低航空發動機的整體質量，進而限制航空事業的發展，因此，本文針對航空發動機當中的鋁合金零部件加工變形問題進行討論，對造成這種問題的原因加以了解，并探討減少加工變形問題的具體措施。

關鍵詞：航空發動機；鋁合金零部件；加工變形

鋁合金材料不僅有著良好的導熱性和導電性，而且具有抗腐蝕能力強、塑性高以及重量小的特點，此外，在物理性和機械加工性方面也較為突出，因此，其在航空發動機制造領域得到了廣泛的應用，而在鋁合金加工方面，目前較為常用的方法就是切削加工，但在實際加工中發現，鋁合金零部件往往會受到殘余應力的影響而出現變形問題，導致零部件的精度無法滿足相關標準的要求，這樣不僅會加大零部件的加工成本，還會對航空事業的快速發展造成一定的阻礙，所以，有必要針對減少加工變形的具體措施進行深入的研究。

一、造成航空發動機鋁合金零部件加工變形問題的主要原因

1、鋁合金毛坯加工過程中的殘余應力影響

在對鋁合金零部件進行加工時，如果不能確保加工工藝的精益性，非常容易在鋁合金金屬當中出現受力不均的問題，而且金屬受到熱脹冷縮作用的影響，其在加工過程中也會出現受熱不均勻的問題，導致金屬加工期間有缺陷問題產生，而航空發動機當中的鋁合金零部件通常件體較薄，在對其進行體積壓縮時，難以保證結構的均勻性，導致鋁合金零部件當中會存在一些殘余應力的積存，在這些殘余應力發揮效用以后，就會造成零件的變形，使其在使用過程中難以真正的發揮效用，不利于航空發動機的正常使用。

2、機械加工中的殘余應力影響

在對鋁合金零部件進行切削加工時，在刀具與零部件表面進行接觸時，會造成一定的塑性變形問題，并在鋁合金零部件表面形成較高的殘余應力，同時會有一部分積存在零部件當中，在這些零部件完成加工以后，會對零部件產生一定的作用力，導致加工之后的零部件出現變形問題，從而造成變形超差無法滿足使用需求。

3、冷校直過程中的殘余應力影響

在使用鋁合金進行航空發動機零部件加工的過程中，需要進行不斷的鍛造，而航空領域對于零部件的加工精度具有很高的要求，在零部件加工過程中往往需要進行冷校直處理，在此期間，會有較高的壓力作用在零部件上，會使其出現塑性變形，但將校直作用去除以后，處于自由狀態的鋁合金零部件當中的殘留塑性變形應力就會在其中形成殘余應力，并積存在零部件當中發揮作用，造成零部件的變形，對其質量產生影響[1]。

二、減少鋁合金零部件加工變形問題的具體措施

1、減少內部殘余應力對加工質量的影響

為了對鋁合金零部件當中的殘余應力進行有效的減少，以此來達到提升零部件加工精度的目的，需要將鋁合金零部件中能夠對加工精度造成直接影響的殘余應力加以確定，具體可以通過加工殘余應力的檢測試驗進行判定，其中造成零部件加工變形的主要應力即為加工鋁合金毛坯料過程中熱鍛造產生的殘余應力，而影響最小的因素就是切削加工過程中形成的殘余應力，該應力作用在鋁合金零部件加工變形中的影響比較有限，此外，在對鋁合金零部件進行粗加工以后，通過時效處理所釋放出的殘余應力對于鋁合金零部件的質量影響也相對較小。

而想要對鋁合金零部件的加工質量進行有效的提升，避免其在加工之后出現殘余應力影響造成加工變形問題，還需要針對鋁合金零部件的相關加工工藝予以優化，由于熱鍛造過程中形成的殘余應力會對鋁合金零部件的質量造成較大的影響，所以，在該階段加工的過程中，應該對其中積存的殘余應力進行有效的釋放，并實現加工工藝的合理優化，具體可以對鋁合金零部件進行切割，使其成為兩個半環，從而達到釋放零件內部殘余應力的目的，使零件當中的殘余應力可以進行重新的分布，通過該環節的優化，能夠盡可能的降低、乃至消除零件當中的殘余應力，確保加工的質量；針對鋁合金零部件加工進行工藝優化時，可以在精加工以前，采用獨立加工的方式，對整環件進行處理，根據圖紙要求，對鋁合金零部件當中的組合相配面基準進行處理，而對于其他部分只需要按照粗加工的標準進行處理即可，而且鋁合金零部件不需要進行鉆孔操作，在粗加工完成以后，需要保留相應的加工余量，使其能夠高出零件切斷之后產生的變形量[2]。

2、降低裝夾方式對零部件加工質量的影響

在對鋁合金零部件進行加工的過程中，為了確保加工質量，需要針對裝夾零部件的方式進行優化處理，而既有鋁合金零部件夾裝主要是選擇較大的端面作為裝夾支撐，對于小端面則使用壓板進行壓實，壓板數量為6個，由于沒有在角向進行定位，且少于6個支撐點，所以該定位屬于不完全定位，運用這種裝夾方式會使零部件受到裝夾作用的影響，產生較大的變形問題，進而對零部件的精度造成影響，通過改進以后，可以使用定位銷結合內控基準的方式進行裝夾定位，在此過程中，要保證壓板能夠將零部件壓緊，而且改進之后夾具當中的定位元件會對夾裝的6個自由度進行有效的控制，形成完全確定的位置，實現了完全定位，使裝夾變形問題得到了有效的控制，使零部件加工質量得到了相應的保證[3]。

3、熱處理方式以及切削要素選擇

鋁合金材質的硬度低、導熱性能好，能夠適應高速切削操作，進行粗加工時，可以設置較大的走刀量和切削速度，由于零件為薄壁，所以，在進行半精加工時，粗加工切削速度可以設置在2＼3左右，而精加工則需要將切削速度控制在3/1，且要保持慢走刀，使零件表面能夠具有較高的加工質量，確保其加工的尺寸精度，從而消除變形問題。

利用淬火和人工相結合的方式進行毛坯處理，能夠對組織晶粒進行均化，使組織硬度得到有效的提升，在完成粗加工以后，要運用時效與固溶相結合的處理方式改善零件切削加工的性能，使其中的加工應力能夠得到均化或消除，時效處理需要在半精加工完成以后進行，這樣將加工應力有效消除，使零件在加工以后不會出現變形問題，而且通過對時效處理進行穩定的循環，可以穩定零件加工組織，使其加工質量滿足相關標準的要求[4]。

結語：

綜上所述，相關單位在對航空發動機中的鋁合金零部件進行加工時，一定要對造成加工變形問題的原因加以了解，以此為根據對減少變形的相關措施進行有效的應用，以此來保證此類零件的加工質量，使其能夠有效滿足航空發動機的使用需求。

參考文獻：

[1]周成.減少航空發動機鋁合金零部件加工變形的措施[J].科技資訊，2017，15（20）：103-104.

[2]楊傳勇，尚志亮，韓廣帥.減少航空發動機鋁合金零部件加工變形的措施[J].科技創新與應用，2016，26（32）：129.

[3]陳涌曜.航空發動機鋁合金零部件加工變形問題及解決措施[J].科學中國人，2017，10（4Z）.

[4]邱磊，蔡靖凱，孫敏， 等.航空發動機鋁合金筒體關鍵件鍛造成形工藝[J].鍛壓技術，2018，43（4）：16-21.