淺談飛機(jī)發(fā)動機(jī)中葉片機(jī)匣的高效加工

孫長友 路芳宇 應(yīng)曉麗

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司），遼寧 沈陽 110043）

航空材料加工效率高是一個系統(tǒng)問題，其系統(tǒng)組成和刀具材料和切削參數(shù)的因素，包括子系統(tǒng)影響零件的質(zhì)量、刀具成本及加工效率。高效加工就是提高有效切削效率，縮短切削時間。現(xiàn)代引擎必須有足夠的推力和推重比，需要對發(fā)動機(jī)零件在高溫、高壓、高速度、高負(fù)荷條件下長期工作,資料特別是新的高溫合金在航空發(fā)動機(jī)的普遍使用，其后果是發(fā)動機(jī)熱端組件的鎳基、粉末冶金高溫合金切削材料、刀具材料消耗這些困難很大。高效切削以切削效率為目標(biāo)，提高金屬去除率每單位時間，提高單位時間金屬去除率[1]。而非削減時間的減少可靠定位、規(guī)劃優(yōu)化夾具，減少空行程時間來實(shí)現(xiàn)的。與此同時，航空發(fā)動機(jī)零部件更復(fù)雜的形狀、薄壁件、精度要求高,加工帶來了很大的困難，加工效率低下。和刀具材料和切削參數(shù)的因素包括子系統(tǒng)影響零件的質(zhì)量、刀具成本及加工效率。

1 葉片高效加工

葉片是扭曲的截面薄壁復(fù)雜的部分，在數(shù)控加工中心過程易產(chǎn)生變形和切削顫振，引起葉片的身體產(chǎn)生振紋。使用前毛條加工葉片夾緊定位、軸頸和葉身的大變形過程。傳統(tǒng)工藝中的夾具和設(shè)備無定位銷，重復(fù)葉板式初相角變化，將會減少夾緊剛度，導(dǎo)致甚至加工不到。針對這一情況，將前夾緊方式，在機(jī)床上壓緊軸頸以提高剛性。振動標(biāo)線是由于薄壁件的葉子本身，工具系統(tǒng)在整個系統(tǒng)的剛性影響中更重要。在葉片毛坯幾何不能改變，從工裝及模具系統(tǒng)是提高剛性。夾緊靜子葉片兩端軸頸，以過定位方式，大大降低了葉片在加工過程中產(chǎn)生彎曲變形、葉片、軸頸、葉盆的均勻性大大提高，檢測透光間隙,同時降低工件表面粗糙度。

因?yàn)槎ㄎ粍傂院?，間接減少了刀具磨損。在刀具系統(tǒng)中，處理本身的加工精度和動態(tài)平衡對切削顫振有抑制作用。高性能刀具系統(tǒng)在高速切削中起著重要的作用，由于切削速度的增加，原來小的粗糙對表面的影響會被放大。碾磨之前先與普通葉身型面，而動態(tài)平衡后的處理,速度可調(diào)高且不容易產(chǎn)生振紋及硬化層，可以很好地解決這個問題。在機(jī)床、刀具、加工參數(shù)不變的情況下，使葉片表面發(fā)生了很大變化，葉片動態(tài)平衡可以消除振紋加工。傳統(tǒng)的三坐標(biāo)加工通常用球形刀、窄線接觸加工、刀具和工件表面只有點(diǎn)接觸，效率很低。對切削路徑優(yōu)化，真正的回路加工方法是復(fù)雜曲面五坐標(biāo)線接觸加工。利用牛鼻銑刀的側(cè)刃環(huán)繞零件進(jìn)行加工，在提高系統(tǒng)在硬度、零件質(zhì)量和提高切削效率方面作用顯著。[2]

回路加工理論通過廣泛的啟發(fā)，在計算殘留高度之間的距離，保證表面粗糙度的要求，提高了一步的距離。它最大限度的發(fā)揮出刀具切削率、加工效率大大提高，五坐標(biāo)機(jī)床的外觀線寬線接觸加工成為可能。寬行線接觸處理提高刀具與曲面的曲率程度與工件、加工線寬，刀具往復(fù)式數(shù)量少，質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高。同時數(shù)控加工過程優(yōu)化，通過減少空行程,減少空刀的高度進(jìn)行過程速度提高效率。在測試時根據(jù)原料的加工零件及加工條件，選擇在物理、化學(xué)、力學(xué)性能的匹配工具，再按我們的零件切削刀具和技術(shù)加工余量計算了刀具的線速度。根據(jù)線速度和每齒進(jìn)給量計算到進(jìn)給速度，然后根據(jù)正交試驗(yàn)法對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行優(yōu)化。切削用量的選擇也很重要，在葉片的加工效率中，基于刀具的有效直徑科學(xué)的對切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明加工效率顯著提高。

2 機(jī)匣高效加工

機(jī)匣里的高效加工設(shè)備的優(yōu)化問題，是非常重要的，好走刀路線不僅能保證有效的處理，可避免刀具的異常損壞。機(jī)匣多數(shù)為鎳基高溫合金材料，屬于典型的難加工材料。其形狀是非常復(fù)雜的，開始使用硬質(zhì)合金刀具銑削加工，但刀具磨損、嚴(yán)重?fù)p壞、加工效率很低。為了提高生產(chǎn)效率,我們試圖用陶瓷刀具替代硬質(zhì)合金刀具，鎳基高溫合金的粗銑加工。在開始編程,走刀路線是右轉(zhuǎn)的方式，切削試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在切切削力很大，表現(xiàn)為工件溫度高、振動機(jī)械、陶瓷刀片出現(xiàn)了大面積剝落和葉片的崩潰。機(jī)匣切削加工處理很困難，加工余量很大，頻繁換向，所以去確定刀路線、優(yōu)化程序?qū)⑹欠浅Ｖ匾腫3]。

形成這種狀況的主要原因是陶瓷刀具在高硬度，但強(qiáng)度、韌性及硬質(zhì)合金比比較低，切削過程,工具交變應(yīng)力作用頻繁換向。要選擇與被加工材料在物理、化學(xué)、力學(xué)性能,以確保所有的刀具匹配平滑處理。在這種情況，我們對程序進(jìn)行了優(yōu)化，在拐角處的繞道路,避免突然的變換。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法基本解決了上述問題，機(jī)床振動下降，而陶瓷刀具的磨損也是正常的磨損、確保有效的處理。在這個交變應(yīng)力作用下的陶瓷刀具是容易產(chǎn)生微裂紋沿晶界處，并逐漸擴(kuò)展,最終導(dǎo)致葉片碎裂。高鈷鎳基高溫合金比一般的鎳基高溫合金加工難、切割阻力較大，切削溫度比較高。刀具和工件材料之間的正確匹配的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)高效加工。

凸輪加工時的傳統(tǒng)單調(diào)的工作處理很難達(dá)到要求，確保所有的同軸度要求，許多公司正在利用雙切削加工、選擇單鏜床。為了克服剛性桿質(zhì)量較差，通常在相應(yīng)的夾具對輥套設(shè)置來提高生產(chǎn)系統(tǒng)剛度。與此同時,一些廠家在零件加工過程中，會有第一個引導(dǎo)導(dǎo)后中間導(dǎo)向軸承。越來越多的制造商，沒有組合定，直接使用靜態(tài)壓力特別是刀桿導(dǎo)向。為了改變閥桿的受力狀況，降低振動、提高質(zhì)量的直線孔，主動測量、自動補(bǔ)償裝置的刀具磨損中普遍應(yīng)用。為了克服剛性桿的缺點(diǎn)，通常在相應(yīng)的夾具對輥套設(shè)置來提高生產(chǎn)系統(tǒng)剛度。為改變閥桿的受力狀況，降低振動、完善主動自動補(bǔ)償裝置通用刀具磨損。

結(jié)論

航空難加工材料零件的高效加工是一個系統(tǒng)工程，夾具、切削工具系統(tǒng)、工藝、刀具材料、切削參數(shù)加工效率有很大的影響。確保夾具夾緊可靠，提高系統(tǒng)的剛性,提高工作效率的同時保證零件的質(zhì)量被處理。工件材料選擇和匹配的刀具，可大大提高加工效率。高性能工具系統(tǒng)，特別是處理是有效的處理的可靠保證。線寬增加端銑刀加工圓步距、葉處理的過程中有效的方法是提高效率。合理的切削參數(shù)，不僅能夠提高切削效率，改善刀具壽命。

[1]張皓光，楚武利，吳艷輝，等.軸向傾斜縫機(jī)匣處理影響壓氣機(jī)性能的機(jī)理[J].推進(jìn)技術(shù)，2010，31(5)：555-561.

[2]孫大坤，孫曉峰.非定常機(jī)匣處理對失速先兆波的抑制作用實(shí)驗(yàn)研究[J].航空動力學(xué)報，2008，23(4)：671-679.

[3]盧新根，楚武利，朱俊強(qiáng)，等.軸流壓氣機(jī)機(jī)匣處理研究進(jìn)展及評述[J].力學(xué)進(jìn)展，2006，36(2)：222-232.