焊接后機(jī)匣機(jī)加組件跳動(dòng)控制技術(shù)研究

陳要武 楊俊實(shí)

（1、中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043；2、中航世新安裝工程（北京）有限公司沈陽(yáng)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 概述

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)性能的不斷提高，其機(jī)匣的設(shè)計(jì)精度越來越高，重量越來越輕，使之機(jī)匣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)越來越趨于復(fù)雜，機(jī)匣材料難加工，這給機(jī)匣在加工中如何控制變形，如何提高加工效率帶來了極大的難度，特別是壁厚在1.5的較為復(fù)雜型面的焊接機(jī)匣加工和軸承座類整體環(huán)形機(jī)匣，其變形量的控制更是機(jī)匣制造技術(shù)提升的關(guān)鍵。

2 研究目標(biāo)

通過掌握控制大型焊接機(jī)匣和軸承座類整體環(huán)形機(jī)匣變形的加工方法，為大型焊接機(jī)匣和軸承座類整體環(huán)形機(jī)匣制造技術(shù)的提升打下良好的基礎(chǔ)，解決零件變形的控制問題，提高零件的加工效率，后機(jī)匣裝配組合件要求加工后檢查相對(duì)A、G基準(zhǔn)的軸承座C、D表面跳動(dòng)分別為0.05和0.03。

2.1 設(shè)計(jì)要求

2.1.1 零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

圖1

圖2

2.1.2 零件材料

后機(jī)匣機(jī)加組件零件材料GH4169+K4169

軸承座 零件材料TA15.

2.2 零件類型

后機(jī)匣機(jī)加組件整體環(huán)形薄壁焊接機(jī)匣。

軸承座為整體環(huán)形機(jī)匣。

3 工藝

3.1 設(shè)備選擇

根據(jù)生產(chǎn)車間的設(shè)備配置情況，后機(jī)匣機(jī)加組件的機(jī)械加工選為數(shù)控立車進(jìn)行加工。軸承座為數(shù)控臥車進(jìn)行加工。

3.2 軸承座工藝分析

3.2.1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

軸承座為整體環(huán)形機(jī)匣（見圖2）

3.2.2 對(duì)成品零件進(jìn)行測(cè)量

針對(duì)10臺(tái)軸承座，統(tǒng)一問題是尺寸Ф180±0.009和圓度0.02超差，影響后機(jī)匣組件裝配質(zhì)量。鑒于上述問題對(duì)其中5臺(tái)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，電火花槽處尺寸及圓度變化較大。由于軸承座屬于高精度零件，尺寸Ф180±0.009和圓度0.02超差直接影響后機(jī)匣裝配質(zhì)量。

3.2.3 工藝路線安排

原工藝路線分析

原工藝路線總體上是可行的，因零件為鈦合金薄壁件，而毛料又為自由鍛件，加工余量大，毛料的利用率很低（僅占6.34%），機(jī)匣在加工后將產(chǎn)生不同程度的變形，變形原因主要是在精銑凸臺(tái)平面時(shí)，去除余量很大，產(chǎn)生應(yīng)力也很大，尺寸Ф180±0.009內(nèi)表面產(chǎn)生斷裂式開放，使內(nèi)應(yīng)力釋放導(dǎo)致尺寸及圓度超差。

3.2.4 改進(jìn)措施

3.2.4.1 調(diào)整工藝路線

對(duì)比說明：新工藝路線較原工藝路線多了一次細(xì)車工序，確定了先半精車單邊留0.5mm余量，然后電火花，再精車的加工方案，這樣余量更加均勻，目的先釋放內(nèi)應(yīng)力，再精加工尺寸Ф180±0.009內(nèi)表面。電火花之后安排精車工序，基本消除了電火花加工后對(duì)零件直徑變形和跳動(dòng)不好的影響。

3.2.4.2 關(guān)鍵工序加工過程控制

（1）精銑凸臺(tái)平面后的修復(fù)基準(zhǔn)工序。精銑凸臺(tái)平面后的修復(fù)基準(zhǔn)工序是減少機(jī)匣變形的關(guān)鍵之一。此工序的關(guān)鍵是保證機(jī)匣在自由狀態(tài)下小端面的平面度≤0.03 mm，這樣可保證零件在基準(zhǔn)修復(fù)后自由狀態(tài)下有較好的平面度。（2）對(duì)關(guān)鍵工序編制操作說明書指導(dǎo)生產(chǎn)。（3）優(yōu)化數(shù)控程序a.半精車工序采用切刀沿加工型面軸向排刀方式加工，減少空走刀，提高有效的切削時(shí)間，極大的提高了加工效率。b.精車工序1mm精車余量，去除前0.7mm余量采用偏刀分層循環(huán)方式走刀(每層0.35mm)，無(wú)需工人介入加工過程，只做替換磨損刀片工作。

3.2.4.3 試驗(yàn)

（1）通過對(duì)10臺(tái)軸承座進(jìn)行了試驗(yàn)跟蹤加工，較好地保證工藝方案改進(jìn)措施的落實(shí)，使機(jī)匣的變形控制達(dá)到了較好的結(jié)果，滿足后機(jī)匣組件裝配和發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的要求，軸承座各表面尺寸和技術(shù)條件基本達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙的要求。

（2）采用數(shù)控銑床加工，高效放電銑，減少后續(xù)銑加工余量，達(dá)到減小加工內(nèi)應(yīng)力。

3.3 后機(jī)匣機(jī)加組件工藝分析

后機(jī)匣機(jī)加組件屬于薄壁焊接環(huán)形機(jī)匣。由6部分單件焊接組成，尺寸87個(gè)技術(shù)條件22項(xiàng)，所有尺寸及技術(shù)條件允許在機(jī)床上檢查。焊接組合件材料為GH4169+K4169，機(jī)加部位材料均為GH4169，該材料硬度大，切削時(shí)塑性變形抗力大，切削負(fù)荷重，切削溫度高，加工后零件表面層的加工硬化及殘留應(yīng)力大，對(duì)所使用刀具的刀尖及邊界磨損極其嚴(yán)重，因此對(duì)刀具的選擇就顯得尤為重要。

3.3.1 原方案工藝路線

按照設(shè)備利用率最大的原則和控制零件變形方面的考慮，原方案工藝路線無(wú)缺陷。

3.3.2 數(shù)據(jù)及成因分析

2009年和2010年兩年時(shí)間共對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加工的44臺(tái)3842E進(jìn)行跟蹤調(diào)查，確定零件變形主要形成于精車工序.如有效控制該工序的變形量就成為整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵。

3.3.3 變形控制改進(jìn)方案

3.3.3.1 增加自然時(shí)效控制。針對(duì)同一批次材料數(shù)量及現(xiàn)場(chǎng)單臺(tái)份周轉(zhuǎn)時(shí)間，計(jì)劃將放置時(shí)間限定為3天，將放置時(shí)間段選定為穩(wěn)定處理后，精車工序之前，增加半精車工序，調(diào)整加工余量，放置期間零件保證自由狀態(tài)。

3.3.3.2 優(yōu)化深槽加工參數(shù)及加工路線。深槽加工按刀具特點(diǎn)重新安排走刀，力求效率與變形控制平衡。

3.3.3.3 優(yōu)化定位夾具。改制專用夾具壓緊位置螺栓使用限力扳手進(jìn)行緊固，同時(shí)在輔助支撐處使用長(zhǎng)條形面接觸代替原有的局部點(diǎn)接觸支撐方式，這樣增加受力面積，使承力面受力更均勻。

3.3.3.4 細(xì)化加工前找正狀態(tài)：調(diào)整車加工部分工序加工前找正面，將原找正非機(jī)加焊接面調(diào)整為找正機(jī)加車加工面，從而提高各工序中徑向尺寸及軸向尺寸精度。

3.3.3.5 優(yōu)化加工程序：調(diào)整鉆孔加工中走刀順序，將原有的周向順序走刀改為先0°后180°對(duì)稱式的走刀方式，減少由于走刀時(shí)應(yīng)力集中而產(chǎn)生的零件變形。（1）已測(cè)量的后機(jī)匣裝配組件44臺(tái)0.05跳動(dòng)全部合格。（2）已測(cè)量 軸承座30臺(tái)尺寸Ф180±0.009合格，圓度0.02合格。

結(jié)論

通過工藝路線調(diào)整，程序優(yōu)化，固化切削參數(shù)，合理選擇刀具材料，提高了數(shù)控切削率，降低了刀具消耗，編制關(guān)鍵工序操作說明書，使后機(jī)匣跳動(dòng)一次合格率大大提高，解決公司生產(chǎn)瓶頸，達(dá)到了預(yù)期的效果，為各類機(jī)匣的生產(chǎn)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn).

[1] 工程材料實(shí)用手冊(cè).中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社[M].

[2] 金屬切削手冊(cè)[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社

[3] 航空材料學(xué)與金屬加工工藝[Z].沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司.