本站原创摘 要：某型发动机火焰筒由6段呈S型、锥度型面组成的环形件,小端直径φ338.7,大端直径φ427.4,高度154.9,沿型面壁厚1.2±0.05,且6段型面带有宽2.1深7的环槽,在6段环槽底部分布2000余个直径为φ1.0～φ1.6、位置度φ0.3、角度不同的小孔.本文针对零件工艺路线、切削参数、加工方法等方面进行分析及试验研究,制定合理的工艺路线,为其它类似薄壁环形火焰筒的加工提供可借鉴的工艺方法.
关 键 词 ：高温合金；锥度；薄壁机匣；数控加工
中图分类号：V23 文献标识码：A
随着航空发动机设计性能的不断提高,其机匣的设计精度越来越高,重量越来越轻,使机匣的设计结构越来越复杂,加上新材料的使用,给机匣在加工中如何安排工艺路线、如何控制切削变形,带来极大难度,特别是壁厚极薄而且较为复杂型面的机匣加工,变形量的控制是该类零件制造技术提升的关键.
1.零件结构
该零件材料为GH3536,Ⅱ类轧环件,热处理状态为固溶,鉴于零件结构及材料特点,为加工增加了很大难度.
2.工艺分析
2.1 工艺路线分析
从零件的结构上分析,由于毛料去除量大,加工过程中产生较大加工应力,因此零件应该先进行粗车,粗加工去除大部分余量后安排稳定处理消除应力工序,热处理后及半精车前安排了修复基准面工序,以减少机匣变形, 此工序要求机匣在自由状态下基准面的平面度≤0.03 mm.表面是后续半精车和精车的基准,为保证基准面平面度要求,安排在立车加工.由零件结构看出该件装夹定位性不好,需预留工艺边方便后续精车、钻镗铣、电加工孔工序的装夹.零件径向有32处φ12后发兰通气孔、64处φ10.1主燃孔、32处φ13.8掺混孔、轴向24处φ6.4后发兰安装孔.其次大端有2处深槽：一处槽深14宽9角度15 、另一处槽深31宽4角度15,且6段型面带有宽2.1深7的环槽,如机械加工这些孔和槽,零件壁薄受力大会导致变形严重,安排了粗打孔,再由加工中心精镗孔,对气膜孔采用电火花加工.
2.2 数控精车分析
型面加工是该件研制加工重点、难点.由于型面锥度不同、敞开性差,加工过程中零件实时变形,让刀现象非常严重,会导致同一部位沿型面壁厚尺寸不均等现象.主要难点有：1）零件尺寸精、薄壁（沿型面1.2±0.05mm）、易变形,选择合适的走刀轨迹.2）大端槽比较深（一处槽深14宽9角度15 、另一处槽深31宽4角度15）、6段环槽（深7宽2.1）,加工过程中易打刀,造成零件报废,选择合适的加工方法和切削参数,非常必要.3）由于零件为环形、薄壁类零件,型面复杂,在加工过程中,如果刀具结构选择不当或刀具的装夹位置选择不当,刀具易与零件发生干涉,需要根据现场实际情况,对刀具和刀具的装夹位置进行调整.
2.3 总方案分析
通常一道工序在车加工中首先是去除端面余量,然后进行车内、外表面的加工,对于高温合金材料的薄壁机匣按这种方法加工时,机匣变形大,端面变形严重,在加工端面时应将端面留0.5mm的余量.扎槽时零件变形大,应先粗扎槽.再用内外循环均匀去除机匣内外表面的余量.最后再对端面进行车加工.由于零件下部刚性较好,因此整个切削过程均为由上端至下端.加工难点主要通过以下措施解决：1）分阶段加工.零件分为粗车-细车-精车,每阶段均匀去余量,减小零件应力分布不均匀程度.2）合理安排热处理工序.在零件的毛料状态和粗加工后进行热处理工序,消除机加过程中产生的应力.3）控制走刀路线.关键工序—细车、精车中,规定刀具走刀路线,减少和调整切削力,控制加工变形.4）控制切削参数.为减少零件变形,在加工过程中严格地控制切削参数.5）增加系统刚性.
2.4 数控加工切削参数的选择
通过对零件试验加工,总结出以下切削参数较适合此类零件、此种材料的数控车加工：
型面车加工：
n等于35r/min.fn 等于0.18～0.2 mm/r.aP 等于0.1～0.5 mm.
槽车加工：
n 等于15r/min.fn 等于0.07～0.1mm/r.
2.5 气膜孔的加工工艺分析
发动机为具有更好冷却性能,在火焰筒外壁上设计了上千个直径在φ1.2～φ1.6、位置度φ0.3的径向气膜孔,这些小孔加工一直是机械加工难点.
电火花打孔是电极与金属间放电产生高温腐蚀金属达到穿孔的目的,用于加工超硬钢材、硬质合金、铜、铝及任何可导电性物质的细孔.最小可加工0.015mm的小孔,也可加工有锥度的小孔,被广泛使用在精密零件加工中.火焰筒上小孔数量多,采用单电极打孔速度慢,采用排电极群孔加工工艺,选用紫铜电极进行加工.
3.总结
通过该零件的研制,对大型薄壁件的工艺加工有了更系统化的分析,从工艺路线的安排、余量分布、以及UG软件编制循环程序的应用,同时掌握此类零件的数控加工方法和该类材料数控切削参数的选择,总结出以下经验：1）选择小刀尖半径刀片（一般R在0.2～0.4）,以避免变形,但要保证刀具寿命,刀尖半径不能太小.2）减少主切削角：粗加工时为6°～8°,精加工时为10°～12°,让零件强度高的部分或夹具承受载荷.3）减少切深：该材料型面车加工选择切深范围在0.1～0.5 mm.4）不要让刀具过多滞留在加工表面上.5）降低切速：该材料型面加工8～35r/min.6）许多机匣壁很薄,薄壁件的变形是一个重要的问题,由于切削压力和剪切应力过大,产生的部分热量会引起零件变形,在壁非常薄的部分热量会穿透到截面所有部分,引起金相显微组织损伤,此时为降低切速,限制热量集中,可以使用硬度合金刀具.7）在某种情况下,切削方向非常重要,例如：一些薄壁件在加工中出现的振颤.变形问题,可由根部向外车削改为由外向根部切削加以解决,用该方法可将切削力集中于装夹上.
结语
通过调整加工方式以及对刀具的优化,调整走刀路线等一系列新技术,增强机匣加工技术的同时使加工成本大幅降低.特别是车削、小孔加工技术在复杂的薄壁环形零件上得到应用,积累了宝贵经验.