某重型燃機新結構進氣機匣加工研究

馬利民 王威 吳波

摘 ?要：該文講述了某重型燃機新結構進氣機匣加工方法的研究過程，通過理論方案制定與現場實際加工過程結合，從加工刀具的選擇、加工參數的調整、工藝裝備的優化以及加工刀路的優化等方面，不斷通過現場加工數據的反饋進行改進，最終總結出了一種大直徑輪輻式機匣支板葉型面銑加工的加工方法和實際可行的加工參數，為后續類似零件加工提供了經驗。

關鍵詞：進氣機匣;輪輻式;葉型面銑加工

中圖分類號：V23 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

該零件屬于大直徑不銹鋼鑄造輪輻式機匣零件，材料為ZG1Cr17Ni3，最大直徑大于1 000 mm，高度大于300 mm，鑄造難度大、精度差，其原型機零件13個支板靠鑄造成型，不對支板葉型進行機械加工，由于現有鑄造技術水平低，導致支板位置度嚴重超差，影響組件裝配，零件報廢。

新結構某進氣機匣在原基礎上更改結構后，為保證零件支板位置度，擬采用機械加工的方式加工支板型面，但由于零件結構類似于整體封閉式葉環結構，需要銑加工任意2個支板與內外流道之間的環形腔體，干涉部位多，且支板懸臂長、剛性差，需要五座標加工中心配合特制加長刀具進行加工，目前尚無此類零件加工經驗，且零件相比原來結構改動較大，加工難度更大。

1 項目概述

（1）通過分析加工難點、現場試驗研究，探索并完善出一種大直徑輪輻式機匣支板葉型面銑加工的加工方法。

（2）研究高效加工方案，控制支板型面及流道的機械加工時間在500 h之內。

2 工藝方案的分析和制定

該零件材料為大型不銹鋼零件，鑄造難度大、精度差，原零件鑄造后支板直線度最大達4 mm，無法滿足使用要求，現支板改為機械加工后，其余部位仍然存在鑄造后局部缺肉導致的余量不足等問題，且后續加工過程極易出現夾雜、砂眼等缺陷，會對零件最終質量造成很大影響。

某作動筒分別在零件兩側共4處，長臂160 mm，短臂90 mm，造成零件外環相鄰的聯動環跑道、斜安裝座及孔存在加工干涉的情況。

零件外流道面沿軸向方向為直面，支板腔體之外的部位可通過車加工形成;支板腔體部分加工時，常規四坐標只能使用具備縮徑的立銑刀側刃進行銑加工，但需要刀具本身懸長>170 mm;而五坐標加工中心可以通過擺軸使用球銑刀進行加工，刀具本身懸長>130 mm+熱脹刀柄可以實現，但由于零件鑄造余量不均勻，加工余量局部可能很大，如果使用小直徑球銑刀加工，毛料鑄造余量不均造成的局部余量突增會造成打刀。

該零件葉型面單邊余量理論為3 mm，粗銑余量1.5 mm，精銑余量1.5 mm，結構類似閉式葉環結構，銑加工整個葉型面和銜接的內外流道，加工深度最深170 mm，現有常規刀具無法適用。且支板總長300 mm，內環懸空，剛性差。

由于設計圖要求支板表面粗糙度為3.2，而支板葉型面非常規機加表面，無法用銑刀的端刃或側刃進行加工，因此加工表面的光度只能通過減小表面殘余高度、加密刀路的方式進行提升，而按殘余高度0.01進行加工時，最后清根1層的加工時間就已達2 158 min，而此時尚未達到粗糙度6.3的要求，因此純機加方式很難達到設計要求。

3 工藝方案的實施

由于懸臂過長導致No.45工序在銑加工外環斜面的時候常規刀柄與懸臂側面干涉，按預定方案，使用Ф20熱脹刀柄+Ф20合金銑刀，加工前試運行程序，無碰撞，最終外環17個斜座加工滿足設計要求。

按預定方案編制數控程序，在立式五坐標加工中心進行加工，由于毛料鑄造超差導致局部余量過大，無法達到預定的進給速度，且所用銑刀為鑲嵌刀片式銑刀，刀片質量相對較差，容易打刀，未達到刀具商所提供的預期效果，加工效率遠低于預計。

轉接時刀具震顫極易打刀，進給速度僅提至F50，第2、3層加工時同樣遇到轉角震顫問題，但余量相對均勻，進給速度提升至F90～F120。

在根據實際情況調整加工參數后，零件凈加工時間約為17600 min=293 h，比預計仿真時間多了116 h。

按粗銑加工經驗，如果按預定方案繼續進行精銑加工，將會影響生產任務交付，因此依據現有收集的加工數據和經驗，擬進行加工方案的優化。

4 工藝方案的改進

在粗銑加工完成之后，攻關小組對整個加工方案進行了深度分析，根據加工過程中的問題進行了針對性改進，從加工刀具、走刀路線等方面重新制定了方案。

在銑加工支板型面及內、外流道過程中都會涉及與支板根部圓角的轉接，每個支板內、外環共4處，13個支板共52處，如果按原方案加工，在轉角部位需降速至30%以下，加工效率極低，因此決定在加工前先對轉接圓角余量進行清除。

在精加工時外流道面單邊余量為1.5 mm，余量均勻，使用ф16加長錐式球銑刀進行加工，表面加工殘余高度設定為0.01 mm，一次加工到位。在加工完成后對每個接刀部位進行清根。加工參數設定為S3000，F600。

由于內流道面為擬合斜曲面，且相對外流道面干涉位置較少，為了增加刀具剛性減少震動，將內流道分2個部分進行加工，上半部分使用130 mm長的ф16錐球銑刀加工，下半部分使用180 mm長的錐球銑刀進行加工。表面加工殘余高度設定為0.01 mm，一次加工到位。加工參數設定為S3000，F600。

為了保證加工效率，采用了高進給小切深的方式進行加工，為了保證加工的穩定性，使用了熱脹刀柄，由于刀柄的特殊性，同時避免了加工空間過小帶來的干涉情況。

5 改進后工藝方案的驗證

在數控重新優化之后，在立式五坐標加工中心進行加工驗證，首先進行了內、外環支板根部轉接圓角的清根加工。

預定加工參數為S3000，F400，現場進行試驗加工，由于“NO.50粗銑內外流道及支板型面”未對圓角進行加工，因此加工余量相對較大，約為3 mm，因此第1層加工進給提升過程中發現刀具震動較大，因此未按100%進給速度進行加工，第2層余量均勻為0.5 mm，進給速度有所提升。

UG編程生成刀路時，為了保證加工效率，殘余高度設定為0.01，經驗證表面加工質量未達到粗糙度3.2，后續仍需拋磨。

銑加工內流道面預定加工參數為S3000，F600，第1層余量1 mm，現場試驗調整加工參數，在保證加工質量的前提下，進給速度提升至F480（80%），第2層余量為0.5 mm，進給速度有所提升，試驗后為F560（93.3%）。

6 結論

編制類似大直徑不銹鋼輪輻式機匣工藝規程時，務必考慮零件鑄造缺陷問題，合理安排無損檢測工序在工藝路線中的位置。編制數控程序時需考慮零件表面余量是否均勻，并據此考慮加工參數的調整。整體合金式銑刀剛性和加工精度要好于鑲嵌刀片式銑刀，在精加工時應首先考慮。在合理的加工參數下可以對零件進行數控機床表面拋光加工，加工質量和效率優于鉗工拋修。掌握了一種輪輻式機匣支板葉型面的加工方法和可行的加工參數。

參考文獻

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