安麗莎 韓永武 鄧連興

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工制造是一項(xiàng)要求精度極高的工作，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工中涉及眾多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、幾何精度要求高的零部件，加之航空發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的材料硬度較高從而對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械加工制造中的工藝研究和應(yīng)用對(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工質(zhì)量和效率有著極為重要的意義。薄壁環(huán)形件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工中的較為常見的一類零部件，薄壁環(huán)形零部件在機(jī)械加工受壁體較薄的影響導(dǎo)致其剛性較差，在薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工過(guò)程中受到加工切削力和裝夾力的影響使得其極易變形，從而影響零部件的加工質(zhì)量。本文結(jié)合薄壁環(huán)形零部件的特點(diǎn)以及薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工中的變形原因?qū)θ绾巫龊帽”诃h(huán)形零部件機(jī)械加工中的變形控制，提高薄壁環(huán)形零部件的加工質(zhì)量，做了分析。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；薄壁環(huán)形零部件；機(jī)械加工；變形

中圖分類號(hào)：V232 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的種類多、數(shù)量大，比如說(shuō)機(jī)匣、盤軸類、葉片類等的零部件都屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件在機(jī)械加工中對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的尺寸精度和幾何精度的要求都較高，受制于航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等的影響，航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工面臨著極大的挑戰(zhàn)性。本文將在分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)如何做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工，控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工中的變形量，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工精度。

1 某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的結(jié)構(gòu)及加工工藝

某型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件直徑大、其表面分布多極榫槽，是一種整體環(huán)形件，某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件采用的是鈦合金材質(zhì)。該航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件直徑最大處達(dá)到了近1000mm，高度近500mm，零部件的最薄處僅3mm，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致該航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的剛性較弱，在加工過(guò)程中極易受到各種因素的影響而導(dǎo)致該航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件產(chǎn)生變形從而無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)加工精度。這類零部件在新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用越來(lái)越多，需要加強(qiáng)對(duì)于此類航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件加工工藝的研究，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的加工質(zhì)量對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工質(zhì)量有著極為重要的意義。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的加工制造的過(guò)程中選用的整體鈦合金鍛件，毛坯料表面留有大量的加工余量。在其加工工藝編制的過(guò)程中按照先粗后精、先內(nèi)后外、先面后孔的原則進(jìn)行編制。整體加工分為粗、半精、精加工3個(gè)階段。在粗加工階段采用的是車加工用以去除毛坯料表面大量的加工余量，粗車完成后需要通過(guò)熱處理消除零部件內(nèi)部的加工應(yīng)力。而后對(duì)毛坯件進(jìn)行半精加工，加工完成后零部件表面留約0.8m的加工余量。在后期的精加工中需要使用精車和鉆孔來(lái)精確控制加工精度。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件加工變形原因分析與控制

航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致其自身的剛性較弱，在加工中極易受到外力的作用或是自身殘余應(yīng)力的作用而導(dǎo)致變形從而影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的加工精度?？傮w來(lái)說(shuō)影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件加工精度導(dǎo)致其變形的原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）切削應(yīng)力的作用。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工的過(guò)程中由于零部件較薄，剛性較弱，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件在機(jī)械加工的過(guò)程中，容易受到切削力的作用而導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件產(chǎn)生“讓刀”變形。其變形主要表現(xiàn)為圓度或是圓跳動(dòng)超差。

（2）殘余應(yīng)力對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件加工質(zhì)量的影響。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工過(guò)程中，多種力作用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件內(nèi)部并破壞了航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件內(nèi)部的應(yīng)力平衡，這些殘余應(yīng)力在拘束力消除后將重新分配用以達(dá)到新的平衡，而在這一過(guò)程中將導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件因殘余應(yīng)力而導(dǎo)致變形，從而使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的尺寸精度和幾何精度無(wú)法滿足需求。

（3）裝夾力對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的影響。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工中由于其直徑大、剛性弱在外部裝夾力的作用下將導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件在薄弱處產(chǎn)生變形。

為做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工變形的控制，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工精度可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）做好裝夾形式的優(yōu)化。裝夾主要用于實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的固定，做好裝夾方式的優(yōu)化主要目的是在確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件固定性的基礎(chǔ)上減少裝夾力對(duì)于所固定零部件的影響。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在裝夾方式的選擇上應(yīng)當(dāng)選用航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件內(nèi)部剛性較好的配合內(nèi)圓表面和端面來(lái)作為裝夾固定的定位面和支撐面。此外，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的裝夾固定中需要注意增加輔助支撐結(jié)構(gòu)用以降低其對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的影響。

（2）做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工參數(shù)的優(yōu)化。航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件在機(jī)械加工過(guò)程中為降低變形量對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件加工精度的影響可以通過(guò)在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件加工過(guò)程中各力的作用特點(diǎn)選用合理的加工參數(shù)并在加工工藝或是加工參數(shù)中對(duì)其進(jìn)行一定的補(bǔ)償，通過(guò)加工參數(shù)的優(yōu)化減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件在機(jī)械加工中的變形，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的加工質(zhì)量。在粗加工階段，由于毛坯件的余量較多，需要選用硬度較高的車刀同時(shí)結(jié)合鐵合金材料的特點(diǎn)選用高鈷類的刀具較為理想。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工中為避免熱應(yīng)力堆積并確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件表面與刀具具有良好的接觸性，在半精、精加工階段需要控制好刀具的進(jìn)給量和切削速度。在精加工階段，為減少加工變形應(yīng)當(dāng)采用高轉(zhuǎn)速、低吃刀的加工方式，減少零部件的變形。

（3）做好刀具進(jìn)給路徑的優(yōu)化和補(bǔ)償。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工走刀路線的選擇上，在確保加工精度和表面粗糙度的前提下，盡量縮短刀具走刀的路線，減少空行程和換刀的次數(shù)，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的加工效率。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件基刀具結(jié)構(gòu)允許的條件下，精加工最后一刀以此連續(xù)走刀完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的型面加工，減少接刀部位。著重強(qiáng)調(diào)了刀具的切入、切出路徑的選擇。對(duì)于殘余應(yīng)力所造成的變形，在加工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)采用合理的熱應(yīng)力處理方式來(lái)消除殘余應(yīng)力。此外，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工工藝的編制中可以結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工變形的特點(diǎn)通過(guò)合理的補(bǔ)償來(lái)減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工變形量，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要組成部分，隨著我國(guó)商用飛機(jī)的發(fā)展對(duì)于大直徑的航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的需求將越來(lái)越多，做好航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工對(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量有著極為重要的意義。本文結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件在加工過(guò)程所產(chǎn)生變形的原因?qū)θ绾巫龊煤娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件機(jī)械加工中的變形控制，保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁環(huán)形零部件的機(jī)械加工精度進(jìn)行了分析介紹。

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