淺談飛機發動機中葉片機匣的高效加工

孫長友 路芳宇 應曉麗

（中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司），遼寧 沈陽 110043）

航空材料加工效率高是一個系統問題，其系統組成和刀具材料和切削參數的因素，包括子系統影響零件的質量、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。現代引擎必須有足夠的推力和推重比，需要對發動機零件在高溫、高壓、高速度、高負荷條件下長期工作,資料特別是新的高溫合金在航空發動機的普遍使用，其后果是發動機熱端組件的鎳基、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，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、規劃優化夾具，減少空行程時間來實現的。與此同時，航空發動機零部件更復雜的形狀、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的因素包括子系統影響零件的質量、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雜的部分，在數控加工中心過程易產生變形和切削顫振，引起葉片的身體產生振紋。使用前毛條加工葉片夾緊定位、軸頸和葉身的大變形過程。傳統工藝中的夾具和設備無定位銷，重復葉板式初相角變化，將會減少夾緊剛度，導致甚至加工不到。針對這一情況，將前夾緊方式，在機床上壓緊軸頸以提高剛性。振動標線是由于薄壁件的葉子本身，工具系統在整個系統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。

因為定位剛性好，間接減少了刀具磨損。在刀具系統中，處理本身的加工精度和動態平衡對切削顫振有抑制作用。高性能刀具系統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，而動態平衡后的處理,速度可調高且不容易產生振紋及硬化層，可以很好地解決這個問題。在機床、刀具、加工參數不變的情況下，使葉片表面發生了很大變化，葉片動態平衡可以消除振紋加工。傳統的三坐標加工通常用球形刀、窄線接觸加工、刀具和工件表面只有點接觸，效率很低。對切削路徑優化，真正的回路加工方法是復雜曲面五坐標線接觸加工。利用牛鼻銑刀的側刃環繞零件進行加工，在提高系統在硬度、零件質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，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。它最大限度的發揮出刀具切削率、加工效率大大提高，五坐標機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，刀具往復式數量少，質量好，生產效率高。同時數控加工過程優化，通過減少空行程,減少空刀的高度進行過程速度提高效率。在測試時根據原料的加工零件及加工條件，選擇在物理、化學、力學性能的匹配工具，再按我們的零件切削刀具和技術加工余量計算了刀具的線速度。根據線速度和每齒進給量計算到進給速度，然后根據正交試驗法對比試驗數據，從而進行優化。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的對切削深度、主軸轉速、每齒進給量進行優化，結果表明加工效率顯著提高。

2 機匣高效加工

機匣里的高效加工設備的優化問題，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。機匣多數為鎳基高溫合金材料，屬于典型的難加工材料。其形狀是非常復雜的，開始使用硬質合金刀具銑削加工，但刀具磨損、嚴重損壞、加工效率很低。為了提高生產效率,我們試圖用陶瓷刀具替代硬質合金刀具，鎳基高溫合金的粗銑加工。在開始編程,走刀路線是右轉的方式，切削試驗結果表明，該方法在切切削力很大，表現為工件溫度高、振動機械、陶瓷刀片出現了大面積剝落和葉片的崩潰。機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、優化程序將是非常重要的[3]。

形成這種狀況的主要原因是陶瓷刀具在高硬度，但強度、韌性及硬質合金比比較低，切削過程,工具交變應力作用頻繁換向。要選擇與被加工材料在物理、化學、力學性能,以確保所有的刀具匹配平滑處理。在這種情況，我們對程序進行了優化，在拐角處的繞道路,避免突然的變換。試驗結果表明，該方法基本解決了上述問題，機床振動下降，而陶瓷刀具的磨損也是正常的磨損、確保有效的處理。在這個交變應力作用下的陶瓷刀具是容易產生微裂紋沿晶界處，并逐漸擴展,最終導致葉片碎裂。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鍵是實現高效加工。

凸輪加工時的傳統單調的工作處理很難達到要求，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。為了克服剛性桿質量較差，通常在相應的夾具對輥套設置來提高生產系統剛度。與此同時,一些廠家在零件加工過程中，會有第一個引導導后中間導向軸承。越來越多的制造商，沒有組合定，直接使用靜態壓力特別是刀桿導向。為了改變閥桿的受力狀況，降低振動、提高質量的直線孔，主動測量、自動補償裝置的刀具磨損中普遍應用。為了克服剛性桿的缺點，通常在相應的夾具對輥套設置來提高生產系統剛度。為改變閥桿的受力狀況，降低振動、完善主動自動補償裝置通用刀具磨損。

結論

航空難加工材料零件的高效加工是一個系統工程，夾具、切削工具系統、工藝、刀具材料、切削參數加工效率有很大的影響。確保夾具夾緊可靠，提高系統的剛性,提高工作效率的同時保證零件的質量被處理。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，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，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.軸向傾斜縫機匣處理影響壓氣機性能的機理[J].推進技術，2010，31(5)：555-561.

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

[3]盧新根，楚武利，朱俊強，等.軸流壓氣機機匣處理研究進展及評述[J].力學進展，2006，36(2)：222-232.