薄壁鋼機(jī)匣精密孔系加工工藝改進(jìn)

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摘要：某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件轉(zhuǎn)接機(jī)匣是一種通過焊接工藝將鈑金件和機(jī)加件連接起來的機(jī)匣類零件，其特點(diǎn)是鈑金部位最薄處僅有1．5mm，前、后安裝邊各有4個(gè)精密孔，位置度要求0．02mm，數(shù)控加工時(shí)零件易變形，位置度要求難以保證。通過定制工裝、選擇合適的刀具以及制定合理的加工工藝參數(shù)，對(duì)其前、后安裝邊的精密孔系進(jìn)行數(shù)控加工，并保證其位置度要求，解決了此類零件的加工瓶頸，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的裝配提供了保障。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；薄壁鋼機(jī)匣；精密孔系；數(shù)控加工

引言

轉(zhuǎn)接機(jī)匣是某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)零件，它由前安裝邊、后安裝邊、半環(huán)、縱向安裝邊、定位銷組成，即兩個(gè)對(duì)開殼體用螺釘和定位銷通過縱向安裝邊裝配組成機(jī)匣整體。前安裝邊與自由渦輪一級(jí)導(dǎo)向器的中間安裝邊連接，后安裝邊與中間機(jī)匣的前安裝邊連接，前、后安裝邊均以定位銷孔定位，其余螺釘孔連接自由渦輪一級(jí)導(dǎo)向器以及中間機(jī)匣，定位銷孔位置精度會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配精度以及整機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生影響。因此前、后安裝邊上的4個(gè)定位銷孔精度要求較高，其位置度要求為0．02mm。本文主要通過定制工裝、選擇合適的刀具以及制定合理的加工工藝參數(shù)對(duì)前、后安裝邊的精密孔系完成數(shù)控加工。

1轉(zhuǎn)接機(jī)匣的工藝路線及加工難點(diǎn)

轉(zhuǎn)接機(jī)匣的材料為18CrMn2MoBA，該材料為低合金高強(qiáng)度貝氏體鋼，抗拉強(qiáng)度為440MPa～640MPa，具有良好的焊接性能［1］。轉(zhuǎn)接機(jī)匣的主要工藝加工路線為：①前、后安裝邊與半環(huán)（未加工前為整個(gè)圓環(huán)）焊在一起；②在焊接后的零件中間用線切割切成兩半；③銑削待焊縱向安裝邊的缺口；④焊縱向安裝邊；⑤鉆縱向安裝邊定位銷銷孔；⑥通過定位銷將左、右半環(huán)連接在一起，進(jìn)行再加工；⑦車、磨前后安裝邊；⑧加工前、后安裝邊的定位銷孔和螺栓孔。轉(zhuǎn)接機(jī)匣的裝配三維圖和待焊接位置的零件示意圖如圖1、圖2所示。轉(zhuǎn)接機(jī)匣需要加工的孔如圖3所示。在后安裝邊E上加工4－Φ8、位置度為0．02mm的定位銷孔，以及24－Φ7．4、位置度為0．4mm的螺栓孔；在前安裝邊D上加工4－Φ8、位置度為0．02mm的定位銷孔以及26－Φ7．4、位置度為0．4mm的螺栓孔。轉(zhuǎn)接機(jī)匣的半環(huán)部分是鈑金件，壁厚只有1．2mm，前、后安裝邊厚度也只有4．5mm。焊接的應(yīng)力集中、結(jié)合面的硬度不足導(dǎo)致零件剛性非常弱，再經(jīng)過車削、磨削也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，同時(shí)零件受溫度變化導(dǎo)致的變形量較大。零件加工時(shí)處于夾緊狀態(tài)，加工完成后處于自由狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，因此零件精密孔系位置度易超差，如何通過加工方法的改進(jìn)保證該零件自由狀態(tài)下的精度合格是本文研究的重點(diǎn)。

2傳統(tǒng)加工方法

傳統(tǒng)的加工方式為精鏜定位銷孔，鉗工鉆螺栓孔。精鏜設(shè)備為單柱坐標(biāo)鏜床，加工時(shí)需要工人手動(dòng)操作手輪，調(diào)整預(yù)鉆孔坐標(biāo)、進(jìn)給和轉(zhuǎn)速；鉗工則需要依靠鉆模加工螺栓孔。這種加工工藝雖然保證了產(chǎn)品質(zhì)量，但加工周期長(zhǎng)，不利于批量加工，并且加工受人為因素影響較大，產(chǎn)品質(zhì)量一致性難以保證。

3改進(jìn)后的加工方法

改進(jìn)后采用數(shù)控加工定位銷孔和螺栓孔，通過程序設(shè)定自動(dòng)加工孔系，相比精鏜無需設(shè)定預(yù)鉆孔坐標(biāo)，無需手動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速、進(jìn)給。銷孔和螺紋孔可在一臺(tái)設(shè)備上加工，工裝簡(jiǎn)易、減少轉(zhuǎn)工，利于批量生產(chǎn)，產(chǎn)品一致性好。零件的結(jié)構(gòu)決定了在上、下安裝邊加工精密孔系難度較大，因此如何選擇合適的工裝、刀具、加工參數(shù)尤為重要。

3．1工裝定制

加工該零件采用的工裝為江蘇無錫某廠家設(shè)計(jì)的工裝，如圖4所示。轉(zhuǎn)接機(jī)匣由于壁厚較薄，裝夾后極易變形，因此在工裝方面考慮只壓安裝邊，然后將零件置于C面之上，由A面支靠零件外徑，完成定位。最后由B壓緊，B與托板下面的一個(gè)拉桿連接，壓動(dòng)拉桿，完成壓緊。

3．2刀具及加工參數(shù)選擇

選擇切削用量時(shí)首先選取盡可能大的背吃刀量，其次根據(jù)數(shù)控機(jī)床動(dòng)力和剛性條件或已加工表面粗糙度要求選取盡可能大的進(jìn)給量，最后確定切削速度［2］。本文選擇的刀具有Φ8的中心鉆，Φ6、Φ7．5、Φ7．8的鉆頭，Φ8的圓柄可調(diào)鏜刀。切削速度vc根據(jù)刀具的不同設(shè)置在18m／min～50m／min之間，具體參數(shù)見試加工過程。

3．3轉(zhuǎn)接機(jī)匣的試加工過程

本文選用的設(shè)備為高精度三軸加工中心，工作行程為800mm×500mm×610mm，定位精度為0．003mm，重復(fù)定位精度為0．002mm。主要的加工路線為先加工后安裝邊上的所有孔，再加工前安裝邊的所有孔。夾具裝在工作臺(tái)上后，找正工裝C面跳動(dòng)，不大于0．003mm，本文在加工前已經(jīng)對(duì)C面進(jìn)行了銑削。零件置于C面之上，自由狀態(tài)下找正零件端面跳動(dòng)不大于0．02mm，確保加工前的基準(zhǔn)面合格。完成壓緊，壓緊力度不宜過大，壓緊后找正零件端面跳動(dòng)，在跳動(dòng)滿足要求時(shí)加工孔系。加工這些孔的具體過程和參數(shù)如下：在加工以上工步（1）～（7）時(shí)以縱向安裝邊的切口中心定角向，以E面（見圖3）內(nèi)徑定圓心，以平面E定Z坐標(biāo)零點(diǎn)，按照以上工步的刀具和速度進(jìn)行加工。完成后安裝邊上的孔加工后零件換面加工，換下一道工序工裝（與圖4類似），由于加工前安裝邊的銷孔是以后安裝邊的銷孔為基準(zhǔn)，所以在工步（8）～（14）重新建立加工坐標(biāo)系，以后安裝邊的4個(gè)銷孔定圓心，以其中一個(gè)銷孔F定角向，以E面為Z坐標(biāo)零點(diǎn)，按照以上工步的刀具和速度進(jìn)行加工。在編制鉆孔程序時(shí)考慮線性逼近孔位而非快速逼近，以工件的線速度加工孔系，可保證位置度最佳。

3．4加工過程中難點(diǎn)的解決方案

在加工過程中遇到許多問題，本文對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和解決。具體如下：（1）首先零件前、后安裝邊的平面、外徑由臥式數(shù)控車加工，完成后轉(zhuǎn)磨床磨上、下平面，工藝要求磨工保證上、下面平面度均為0．01mm，平行度小于0．02mm。靜止一段時(shí)間后，受環(huán)境溫度以及零件內(nèi)部殘余應(yīng)力影響零件產(chǎn)生變形，導(dǎo)致前、后安裝邊平行度、平面度超差，精密孔系加工精度難以保證。為充分釋放零件內(nèi)部殘余應(yīng)力，車削加工后將零件靜置12h，之后磨削加工后的零件變形量有所改善。經(jīng)過試驗(yàn)，該方法能夠保證加工中心分別找正上、下安裝邊的跳動(dòng)在0．02mm以內(nèi)，同時(shí)滿足精密孔系的精度要求。（2）其次為消除環(huán)境溫度以及內(nèi)部應(yīng)力對(duì)零件的影響，本文采用的方法是先將銷孔粗鏜到Φ7．98后，精鏜時(shí)微調(diào)鏜刀，每次調(diào)大0．003mm，多次調(diào)整，確保最后精加工到Φ8。經(jīng)過試驗(yàn)，此種方法能夠減少加工過程中的變形量，保證零件位置度合格。（3）最后，在對(duì)后安裝邊所有銷孔粗加工后，轉(zhuǎn)三坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量后再進(jìn)行精加工，在精加工前曾驗(yàn)證之前的坐標(biāo)系是否發(fā)生變化，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)間測(cè)出來的值不同，說明溫度對(duì)零件影響較大，這就需要對(duì)現(xiàn)有坐標(biāo)系進(jìn)行調(diào)整。所以，如果加工后安裝邊上的孔系時(shí)由于客觀原因中斷了，需要隔數(shù)小時(shí)再加工時(shí)不能采用之前的坐標(biāo)系，一定要重新插4個(gè)銷子，重新定新的加工坐標(biāo)系，這是加工過程需要注意的一點(diǎn)。最終加工出的零件（截取部分）如圖5所示。

4加工方法的推廣

本文提供的加工方法已經(jīng)推廣并應(yīng)用到一類機(jī)匣件的加工，包括中間機(jī)匣、燃燒室機(jī)匣等零件，這些零件都是通過焊接將鈑金和機(jī)加件結(jié)合起來，安裝邊上存在精密孔系。中間機(jī)匣壁厚為1．2mm，在3個(gè)懸空的凸臺(tái)面上加工3－Φ10的孔尤為困難。燃燒室機(jī)匣雖不需要找正銷子，但對(duì)腰型槽精度要求較高，加工時(shí)尤為注意腰型槽圓弧位置的粗糙度，否則位置度極易超差，這些零件的加工方法本文將不再贅述。目前，轉(zhuǎn)接機(jī)匣、中間機(jī)匣、燃燒室機(jī)匣等機(jī)匣件均已進(jìn)行批量生產(chǎn)，零件尺寸精度合格，說明該方法穩(wěn)定可靠。

5結(jié)論

本文通過對(duì)薄壁機(jī)匣類零件———轉(zhuǎn)接機(jī)匣的結(jié)構(gòu)和工藝路線分析，將傳統(tǒng)的加工方式轉(zhuǎn)為數(shù)控加工，對(duì)加工過程中出現(xiàn)的難點(diǎn)進(jìn)行了剖析，完成了零件精密孔系的加工，成功地將此加工方法推廣到其他薄壁鋼機(jī)匣，為其他型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的加工奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃注清．HT－6與18CrMn2MoBA的焊接性能［J］．洪都科技，1988（4）：3－8．

［2］李冀霞．某航空典型零件數(shù)控切削參數(shù)的選擇與優(yōu)化［G］／／中國(guó)航空學(xué)會(huì)第七屆動(dòng)力年會(huì)論文摘要集．北京：中國(guó)航空學(xué)會(huì)，2010：114．

作者：唱曉東 陶華萍 傅煜 單位：中國(guó)航發(fā)常州蘭翔機(jī)械有限責(zé)任公司