航空发动机机匣构件机械加工工艺优化

航空发动机机匣构件机械加工工艺优化

陈伟

陈伟

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：航空发动机是飞机的“心脏”也是一个国家加工制造技术的重要体现，在航空发动机的加工制造过程中，航空发动机机匣构件是航空发动机加工制造的重点也是难点之一，在航空发动机机匣构件的加工制造过程中由于其材料、机匣的机构尺寸等的因素常常导致在航空发动机机匣构件加工完成后出现几何尺寸、形位公差超差等的问题，严重影响了航空发动机机匣构件的加工质量，此外，航空发动机机匣构件加工表面损伤会导致航空发动机机匣构件的使用寿命和使用强度等都大打折扣，为提高航空发动机机匣构件的表面加工质量，需要在总结分析影响航空发动机机匣构件表面完整性因素的基础上，做好对于航空发动机机匣构件加工工艺的优化，提高航空发动机机匣构件加工后的表面完整性，确保航空发动机机匣构件的加工质量。

关键词：航空发动机机匣构件；机械加工；加工工艺；优化

前言

航空发动机机匣构件是飞机发动机加工制造中的关键构件，由于其需要承受极高的温度和负载力因此多使用钛合金、高温合金等的高强度合金作为其主要的材质。现今在航空发动机机匣构件的机械加工中容易出现表面完整性损伤，从而对航空发动机机匣构件的使用寿命造成较大的影响，因此，应当通过对航空发动机机匣构件的加工工艺进行优化，找出航空发动机机匣构件机械加工过程中的应力集中点，改善航空发动机机匣构件机械加工过程中的应力分布以确保航空发动机机匣构件加工表面的完整性，提高航空发动机机匣构件的抗疲劳使用寿命。

1问题的提出和依据

航空工艺设计成本高、周期长，这两个特点不仅增加了传统工艺设计的难度，而且是传统工艺无法根本解决的。因此，对发动机关键零部件传统工艺采用数字化手段进行优化改造势在必行。数字化的工艺系统可以保证在技术层面上制定产品制造工艺时随时地、充分地考虑企业的制造环境，作业调度，车间底层控制，工装夹具的配套以及毛坯的设计制造等所有工艺信息，将有关信息及时反馈到设计单位并及时得到响应，生成适应性加工工艺，使制造过程达到全局优化，这是未来航空发动机工艺的重要发展方向之一。

2机匣工序优化的原则和要求

2.1加工工序划分的一般原则

在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，相对于传统机械加工方法，可以做到工序相对集中，许多零件只需在一次装夹中就能完成全部工序加工。但零件的粗加工，特别是铸、锻零件的基准平面、定位面等部位的加工可先在普通机床上完成，这样有利于发挥数控机床的特点、保持其精度、延长其使用寿命并降低加工成本。

2.2机匣工序优化的一些要求

工序相对集中是最有效的提高加工效率的措施，工序相对集中有利于发挥加工中心的加工能力。机匣加工的绝大多数金属去除量采用数控手段去除，军工企业新引大量进口加工中心设备。加工方案的确定可以说是由设计图纸的工艺性分析和工序划分过程组成。首先，设计图纸的工艺性分析重点在于零件进行数控加工的方便性和可能性分析两个方面进行。比如说，零件设计图制是否便于编制NC程序，尺寸标注方面是否适应数控加工特点，以及尺寸要素提供是否充分，看是否缺尺寸或给了封闭尺寸。分析零件的加工精度能否得到满足。其次分析零件各个加工部位结构的工艺性是否符合数控加工的特点。

3机匣数控加工工艺的优化概述

3.1数控加工工艺优化途径

在整个机匣的加工过程中，数控加工工序是技术难度最大、加工耗时最长、对加工质量影响最大的环节。因此，在整个机匣加工工艺的优化的过程中，数控加工工艺的优化占举足轻重的地位，数控加工工艺优化是整个机匣制造过程中最见效益的一个环节。

3.2仿真加工

在实际加工一个零件之前，利用软件在计算机上虚拟这个制造过程即为加工仿真，它可以模拟整个机床加工过程，查出机床的不同部位、零件、工装夹具和刀柄等之间是否会出现碰撞，模拟采用同机床控制系统一样的逻辑来操作，其运行就像真实机床一样，同时在干涉校验方面也最具准确性，它作用包括清除编程错误和改进切削效率，提高数控程序对硬材质零件、薄壁零件的切削性能。

4机匣精车工序工艺性分析

4.1机匣结构特点及其加工工艺性

机匣精车工序尺寸多达100多个、尺寸精度高、技术要求严格；内部构形复杂、环形槽区域狭窄，环形槽槽宽最小处仅为17.07mm，容刀空间狭小；环形槽部位壁厚最小处仅为2.5mm，壁厚也不均匀；零件装夹方式采用下方几点压紧，悬出部分高达400mm。以上因素使得机匣零件在加工过程中的稳定性和刚性较差，抵抗径向变形的能力更差。

4.2车加工加工刀具的选择

为确保加工过程和产品质量的稳定，前机匣精车工序采用专业刀具生产商提供的机夹刀具，在选择过程中综合考虑了以下几个方面的问题：

（1）刀杆有足够的稳定性、刚性；（2）刀片有足够的强度、硬度和耐用度；（3）刀片尽可能采用标准刀片。

在此基础上确定以下几种刀杆：

（1）32×32×230车刀刀杆配80度菱形刀片，用于粗加工端面、外圆及内孔；（2）32×32×230车刀刀杆配35度菱形刀片，用于精加工端面、外圆及内孔；（3）32×32×230槽刀刀杆，用于加工各级环形槽；（4）32×32×230T形槽刀杆共六种，分别加工各级Ｔ形槽；（5）32×32×23045度刀杆，用于加工六级环形槽上部槽。

相应配置刀片均为标准型机夹刀片。由于钛合金材料加工时具有弹性恢复大、化学亲和性高、导热性能差等特点，切削时热量主要由刀具传出、切削温度高、粘刀现象严重。刀具粘接磨损及扩散磨损较突出。因此，选择不带镀覆层的机夹刀片。为避免加工过程中刀具的切削刃与零件的接触面积过大而产生的零件变形，切槽刀片宽度选择3mm、4mm、5mm为主，刀尖圆角不大于0.8mm。

4.3UG－CAM车削加工模块在机匣精车加工中的应用

数控车削加工是一种重要的数控加工方法，主要用于轴类、盘类等回转类零件的加工。在数控车削程序设计过程中，最重要的两个环节是：一方面确保加工路线合理，数控程序准确和完整；另一方面要求选择可靠的刀具和合理的切削参数。

考虑到机匣内腔型面包括六级环形槽、环形槽上下表面的Ｔ型槽及其环形槽之间的型面，在进行UG-CAM车加工数控程序设计时主要应用其中的车端面、粗车、精车、车槽等几种车削加工操作。

5延伸机匣加工工艺优化的目标

工艺方案技术经济性分析的一个重要应用方面是在工艺流程设计过程中，对不同的工艺方案进行评价。对绝大多数产品来说，工艺过程有许多可变因素，在工艺设计中，如何确定这些可变因素，使制造过程最合理，这就是工艺过程优化研究的问题。机械制造工艺过程除要保证制造质量之外，还必须实现高的生产效率和低的生产成本，这就是工艺过程优化的主要目标。

6结束语

航空发动机机匣构件的加工是发动机加工中的重点也是难点，本文在分析航空发动机机匣构件加工中各加工因素对于加工精度影响的基础上，通过对航空发动机机匣构件的加工工艺进行优化，以提高航空发动机机匣构件加工后的表面完整性，提高加工质量。

参考文献：

[1]王晓静，张松，贾秀杰.航空发动机整体机匣铣-车复合加工工艺优化[J].计算机集成制造系统，2011，17（7）：1460-1465.

[2]李国明.航空发动机机匣加工工艺研究[J].中国新技术新产品，2012（13）：120.