大型薄壁機(jī)匣加工工藝研究

徐金梅

（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) 110000）

1 概述

當(dāng)今一個(gè)國(guó)家的航空航天技術(shù)是否發(fā)達(dá)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平、國(guó)防實(shí)力和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一。而航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)又構(gòu)成了其中最重要的一環(huán)，作為發(fā)動(dòng)機(jī)重要部分的機(jī)匣件，在實(shí)際加工過(guò)程中有很多技術(shù)難題。由于機(jī)匣結(jié)構(gòu)復(fù)雜且壁薄，在加工中如何控制變形和提高質(zhì)量成為關(guān)鍵。大型薄壁機(jī)匣的加工在國(guó)際航空業(yè)也是一個(gè)難題，但隨著加工技術(shù)的不斷成熟，國(guó)外同行已經(jīng)摸索出一套方法，國(guó)內(nèi)在這方面做了很多研究，但仍很難達(dá)到自由狀態(tài)的技術(shù)要求。

2 研究目標(biāo)

本項(xiàng)目以某機(jī)鑄鎂附件機(jī)匣為載體，采取冷熱工藝結(jié)合的研究方式，從毛坯到成品全過(guò)程，系統(tǒng)地開(kāi)展鑄鎂機(jī)匣變形控制及檢測(cè)方法研究，探索出一條有效的解決附件機(jī)匣變形的途徑，提高附件機(jī)匣加工質(zhì)量，徹底解決鑄鎂機(jī)匣類零件加工及使用中的變形問(wèn)題，保證零件使用過(guò)程中尺寸穩(wěn)定、變形可控，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配精度、使用性能和可靠性。

3 機(jī)匣變形原因分析

3.1 機(jī)匣零件尺寸較大，材料為鎂鑄件，由于生產(chǎn)組織不合理，毛料加工后基本沒(méi)有自然時(shí)效釋放殘余應(yīng)力的過(guò)程，直接投入生產(chǎn)，零件在加工和周轉(zhuǎn)過(guò)程中，應(yīng)力釋放而產(chǎn)生變形。

3.2 現(xiàn)行機(jī)匣加工工藝通常在粗加工后安排穩(wěn)定處理去除加工應(yīng)力，但熱處理也不能完全消除加工應(yīng)力，據(jù)統(tǒng)計(jì)熱處理僅能去除30%～40%的應(yīng)力。

3.3 目前國(guó)內(nèi)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄鎂機(jī)匣整體鑄造精度和質(zhì)量達(dá)不到要求，鑄件基準(zhǔn)不好，零件找正較困難，還經(jīng)常冶金缺陷、有缺肉現(xiàn)象，缺肉后補(bǔ)焊造成零件變形較大。

3.4 現(xiàn)行機(jī)匣加工工藝規(guī)程中，許多尺寸僅在工序中檢查，最終檢驗(yàn)只檢查工序檢驗(yàn)印，此時(shí)由于零件變形等原因，尺寸已經(jīng)發(fā)生變化。

3.5 現(xiàn)行機(jī)匣加工工藝規(guī)程中，許多尺寸允許在機(jī)床上檢查，機(jī)床檢查合格不等于自由狀態(tài)合格，更不意味裝配狀態(tài)合格。

3.6 機(jī)匣類零件裝夾方式單一，基本為止口定位，壓蓋或壓板夾緊，很少采用輔助支承結(jié)構(gòu)，不利于薄壁機(jī)匣加工。

4 控制變形的措施

4.1 加工方法的選擇

（1）毛料自然時(shí)效，消除應(yīng)力。合理安排工序，在滿足生產(chǎn)的條件下，毛料周轉(zhuǎn)過(guò)程有一段自然時(shí)效時(shí)間。提前準(zhǔn)備毛坯，存放一段時(shí)間，使鑄造應(yīng)力自然時(shí)效釋放殘余應(yīng)力，自然時(shí)效時(shí)間至少為二個(gè)月至六個(gè)月的存放期。（2）細(xì)化加工方法，不同的加工方法產(chǎn)生的加工應(yīng)力不同，細(xì)化機(jī)匣加工工藝規(guī)程，固化走刀路線，切削參數(shù)，減少應(yīng)力產(chǎn)生的變形。（3）在機(jī)匣加工工藝中引進(jìn)振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，在機(jī)匣半精加工后，精加工前，增加振動(dòng)時(shí)效工序，進(jìn)一步釋放機(jī)匣加工應(yīng)力。（4）應(yīng)用機(jī)匣類零件動(dòng)力學(xué)仿真加工技術(shù)研究，將仿真加工分析技術(shù)應(yīng)用于機(jī)匣加工變形控制上。（5）最終檢驗(yàn)工序取消檢查工序檢驗(yàn)印的做法，設(shè)計(jì)、制造限制夾具，增加模擬裝配的限制狀態(tài)檢查控制手段。（6）工裝夾具上采用輔助支承結(jié)構(gòu)的夾具，減小薄壁機(jī)匣的變形。

4.2 設(shè)備及工裝的選用

帶有孔系的附件機(jī)匣粗加工在鏜床上進(jìn)行。但是精加工，為保證機(jī)匣殼體孔系的孔距和同軸孔系的同軸度，一般選用坐標(biāo)鏜床，采用坐標(biāo)法和調(diào)頭鏜的方法加工。即將被加工孔系間的孔距尺寸，換算為兩個(gè)互相垂直的坐標(biāo)尺寸，在工件的一次安裝下，通過(guò)控制機(jī)床的坐標(biāo)移動(dòng)鏜出機(jī)匣一端的孔后，將工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度后再加工機(jī)匣另一端的孔。對(duì)于機(jī)匣加工中對(duì)易產(chǎn)生機(jī)匣變形的工序的夾具，應(yīng)在壓緊方式上盡可能采取軸向壓緊和內(nèi)漲緊的形式。對(duì)于懸臂的部分增加了輔助支承。

4.3 工藝方法安排

對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁薄、剛性較差的鑄鎂機(jī)匣，在工序安排時(shí)需設(shè)法減少變形產(chǎn)生的加工誤差，正確選擇零件的壓緊位置,而且互為基準(zhǔn)且要反復(fù)修復(fù)基準(zhǔn),防止最終加工變形；因此在安排工藝路線時(shí)采用先加工面后加工孔的加工順序；粗精加工分階段進(jìn)行和工序集中的原則,并將殼體孔系的加工安排在座標(biāo)鏜床上分粗加工——半精加工——精加工三個(gè)階段；以確保主要表面的加工精度。

4.4 基準(zhǔn)平面的選擇

根據(jù)附件機(jī)匣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用一面兩銷的定位方式，面盡可能選擇大平面（定位面或裝配結(jié)合面），兩銷孔選擇距離最遠(yuǎn)的兩處。為了防止零件變形，基準(zhǔn)平面的加工時(shí)要安排反復(fù)修復(fù)基準(zhǔn)，同時(shí)增加手工刮削或精研工序。

4.5 加工兩基準(zhǔn)孔

一般在座標(biāo)鏜床上加工，由于后續(xù)加工有變形，此兩銷孔只作為粗加工定位用，不能一次加工到位，銷孔尺寸比設(shè)計(jì)圖紙尺寸小。

確定加工工步:鉆中心孔——鉆孔——鏜孔（擴(kuò)孔）——鉸孔（用于尺寸相同但數(shù)量較多的孔，擴(kuò)孔用于孔徑小于ф4mm的孔）

確定切削用量：在坐標(biāo)鏜床上加工孔直徑（ф6mm～ф8mm）常用的工藝參數(shù)見(jiàn)表1：

表1 鏜床加工孔的工藝參數(shù)

加工注意事項(xiàng)：要嚴(yán)格貫徹粗、精分開(kāi)，先粗后精的鏜削原則；鏜刀的材料一般為普通高速鋼，中心鉆、鉆頭、鉸刀的材料一般為高速鋼W2Mo9Cr4VCo8（M42），采用硬質(zhì)合金材料耐用度更好，孔徑更穩(wěn)定；加工時(shí)可采用機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，以降低粗糙度和保持尺寸穩(wěn)定；鉸孔前的鏜孔尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制，保持穩(wěn)定，以保證鉸孔尺寸的穩(wěn)定；采用鉸孔為最終加工方法，孔的位置度應(yīng)在鉸孔前鏜孔時(shí)保證；精鏜孔以前將端孔中油槽全部加工到位，精鏜孔加工完成后只剩下軸孔做基準(zhǔn)的其它油路孔（在側(cè)面或很小ф0.8小孔）加工,不易對(duì)零件軸孔及端面產(chǎn)生變形。

4.6 軸孔的加工

鏜軸孔分粗、精加工，采取工序集中的方法，粗鏜孔給精加工單邊留0.5mm余量。精加工分兩刀進(jìn)行，第一刀單邊留0.1mm余量，第二刀加工到尺寸。采用立臥轉(zhuǎn)換的座標(biāo)鏜床，盡可能一次裝夾后加工所有面及孔。同時(shí)將技術(shù)條件的基準(zhǔn)盡可能在一次裝夾下加工，這樣保證了12個(gè)軸孔之間較高位置精度要求。

4.7 研磨結(jié)合面

附件機(jī)匣通常采用一面兩銷方式定位，接合面一般都有著色要求，沿周邊60%不間斷。著色用的平臺(tái)一般都制作專用平臺(tái)，平面形狀可與機(jī)匣接合面形狀相近，以保證著色質(zhì)量，而且著色不能太厚，否則影響加工者和檢驗(yàn)人員的判斷。應(yīng)特別注意：鎂合金零件不得采用鑄鐵盤(pán)研磨表面，主要是因?yàn)檠心ジ嘁诐B入機(jī)體內(nèi)，無(wú)法進(jìn)行清除，采用100#金鋼砂研磨或者采用刮刀刮修表面著色檢查。

4.8 浸潤(rùn)處理

為了使鑄件內(nèi)部組織更緊密，防止由于試驗(yàn)滲漏而補(bǔ)焊，一般在工藝中安排此工序。浸潤(rùn)處理常用的堵漏劑有樹(shù)脂類、硬氧膠、亞麻等，樹(shù)脂類、硬氧膠的堵漏效果較好，一次浸潤(rùn)處理就可堵住滲漏部位；浸潤(rùn)亞麻效果差，常重復(fù)浸潤(rùn)，清理很困難。一般浸潤(rùn)次數(shù)不允許超過(guò)3次。特別注意的是：浸潤(rùn)處理后需要進(jìn)行固化，為了防止粘在殼體上，尤其是加工后的孔中，浸潤(rùn)后必須要求增加清洗工序后再固化。

結(jié)語(yǔ)

本方法所研制的附件機(jī)匣已裝機(jī)、試車考核，證明可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求。該工藝的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，滿足了生產(chǎn)的要求，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)類似件的加工有一定的借鑒作用，有一定的推廣價(jià)值。

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