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大型薄壁机匣加工工艺研究
Dec 12, 2012  来源:  作者:沈阳黎明航空发动机有限责任公司 徐金梅

      1概述   

 

     当今一个国家的航空航天技术是否发达已成为衡量一个国家科技水平、国防实力和综合实力的重要标志之一。而航空发动机制造技术又构成了其中最重要的一环,作为发动机重要部分的机匣件,在实际加工过程中有很多技术难题。由于机匣结构复杂且壁薄,在加工中如何控制变形和提高质量成为关键。大型薄壁机匣的加工在国际航空业也是一个难题,但随着加工技术的不断成熟,国外同行已经摸索出一套方法,国内在这方面做了很多研究,但仍很难达

到自由状态的技术要求。

 

      2 研究目标

 

      本项目以某机铸镁附件机匣为载体,采取冷热工艺结合的研究方式,从毛坯到成品全过程,系统地开展铸镁机匣变形控制及检测方法研究,探索出一条有效的解决附件机匣变形的途径,提高附件机匣加工质量,彻底解决铸镁机匣类零件加工及使用中的变形问题,保证零件使用过程中尺寸稳定、变形可控,保证发动机的装配精度、使用性能和可靠性。

 

      3 机匣变形原因分析

 

      3.1 机匣零件尺寸较大,材料为镁铸件,由于生产组织不合理,毛料加工后基本没有自然时效释放残余应力的过程,直接投入生产,零件在加工和周转过程中,应力释放而产生变形。

 

      3.2 现行机匣加工工艺通常在粗加工后安排稳定处理去除加工应力,但热处理也不能完全消除加工应力,据统计热处理仅能去除30%40%的应力。

 

      3.3 目前国内大型复杂结构铸镁机匣整体铸造精度和质量达不到要求,铸件基准不好,零件找正较困难,还经常冶金缺陷、有缺肉现象,缺肉后补焊造成零件变形较大。

 

      3.4 现行机匣加工工艺规程中,许多尺寸仅在工序中检查,最终检验只检查工序检验印,此时由于零件变形等原因,尺寸已经发生变化。

 

      3.5 现行机匣加工工艺规程中,许多尺寸允许在机床上检查,机床检查合格不等于自由状态合格,更不意味装配状态合格。

 

      3.6 机匣类零件装夹方式单一,基本为止口定位,压盖或压板夹紧,很少采用辅助支承结构,不利于薄壁机匣加工。

 

      4 控制变形的措施

 

      4.1 加工方法的选择

 

      1)毛料自然时效,消除应力。合理安排工序,在满足生产的条件下,毛料周转过程有一段自然时效时间。提前准备毛坯,存放一段时间,使铸造应力自然时效释放残余应力,自然时效时间至少为二个月至六个月的存放期。(2)细化加工方法,不同的加工方法产生的加工应力不同,细化机匣加工工艺规程,固化走刀路线,切精加工前,增加振动时效工序,进一步释放机匣加工应力。(4)应用机匣类零件动力学仿真加工技术研究,将仿真加工分析技术应用于机匣加工变形控制上。(5)最终检验工序取消检查工序检验印的做法,设计、制造限制夹具,增加模拟装配的限制状态检查控制手段。(6)工装夹具上采用辅助支承结构的夹具,减小薄壁机匣的变形。

 

      4.2 设备及工装的选用

 

      带有孔系的附件机匣粗加工在镗床上进行。但是精加工,为保证机匣壳体孔系的孔距和同轴孔系的同轴度,一般选用坐标镗床,采用坐标法和调头镗的方法加工。即将被加工孔系间的孔距尺寸,换算为两个互相垂直的坐标尺寸,在工件的一次安装下,通过控制机床的坐标移动镗出机匣一端的孔后,将工作台旋转180 度后再加工机匣另一端的孔。对于机匣加工中对易产生机匣变形的工序的夹具,应在压紧方式上尽可能采取轴向压紧和内涨紧的形式。对于悬臂的部分增加了辅助支承。

 

      4.3 工艺方法安排

 

      对于结构复杂、壁薄、刚性较差的铸镁机匣,在工序安排时需设法减少变形产生的加工误差,正确选择零件的压紧位置,而且互为基准且要反复修复基准,防止最终加工变形;因此在安排工艺路线时采用先加工面后加工孔的加工顺序;粗精加工分阶段进行和工序集中的原则,并将壳体孔系的加工安排在座标镗床上分粗加工———半精加工———精加工三个阶段;以确保主要表面的加工精度。

 

      4.4 基准平面的选择

 

      根据附件机匣的结构特点,采用一面两销的定位方式,面尽可能选择大平面(定位面或装配结合面),两销孔选择距离最远的两处。为了防止零件变形,基准平面的加工时要安排反复修复基准,同时增加手工刮削或精研工序。

 

      4.5 加工两基准孔

 

      一般在座标镗床上加工,由于后续加工有变形,此两销孔只作为粗加工定位用,不能一次加工到位,销孔尺寸比设计图纸尺寸小。

 

      确定加工工步: 钻中心孔———钻孔———镗孔(扩孔)———铰孔(用于尺寸相同但数量较多的孔,扩孔用于孔径小于ф4mm 的孔)

 

      确定切削用量:在坐标镗床上加工孔直径(ф6mm~ф8mm)常用的工艺参数见表1

      加工注意事项:要严格贯彻粗、精分开,先粗后精的镗削原则;镗刀的材料一般为普通高速钢,中心钻、钻头、铰刀的材料一般为高速钢W2Mo9Cr4VCo8M42),采用硬质合金材料耐用度更好,孔径更稳定;加工时可采用机油进行润滑和冷却,以降低粗糙度和保持尺寸稳定;铰孔前的镗孔尺寸应严格控制,保持稳定,以保证铰孔尺寸的稳定;采用铰孔为最终加工方法,孔的位置度应在铰孔前镗孔时保证;精镗孔以前将端孔中油槽全部加工到位,精镗孔加工完成后只剩下轴孔做基准的其它油路孔(在侧面或很小ф0.8 小孔)加工,不易对零件轴孔及端面产生变形。

 

      4.6 轴孔的加工

 

      镗轴孔分粗、精加工,采取工序集中的方法,粗镗孔给精加工单边留0.5mm 余量。精加工分两刀进行,第一刀单边留0.1mm 余量,第二刀加工到尺寸。采用立卧转换的座标镗床,尽可能一次装夹后加工所有面及孔。同时将技术条件的基准尽可能在一次装夹下加工,这样保证了12 个轴孔之间较高位置精度要求。

 

      4.7 研磨结合面

 

      附件机匣通常采用一面两销方式定位,接合面一般都有着色要求,沿周边60%不间断。着色用的平台一般都制作专用平台,平面形状可与机匣接合面形状相近,以保证着色质量,而且着色不能太厚,否则影响加工者和检验人员的判断。应特别注意:镁合金零件不得采用铸铁盘研磨表面,主要是因为研磨膏易渗入机体内,无法进行清除,采用100# 金钢砂研磨或者采用刮刀刮修表面着色检查。

 

      4.8 浸润处理

 

      为了使铸件内部组织更紧密,防止由于试验渗漏而补焊,一般在工艺中安排此工序。浸润处理常用的堵漏剂有树脂类、硬氧胶、亚麻等,树脂类、硬氧胶的堵漏效果较好,一次浸润处理就可堵住渗漏部位;浸润亚麻效果差,常重复浸润,清理很困难。一般浸润次数不允许超过3次。特别注意的是:浸润处理后需要进行固化,为了防止粘在壳体上,尤其是加工后的孔中,浸润后必须要求增加清洗工序后再固化。

 

      结语

 

      本方法所研制的附件机匣已装机、试车考核,证明可以满足发动机的设计要求。该工艺的设计结构合理,满足了生产的要求,达到了预期的技术、经济、质量指标,对类似件的加工有一定的借鉴作用,有一定的推广价值。

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