航空發動機小型作動筒零件加工工藝方案改進

（沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043）

航空發動機小型作動筒零件加工工藝方案改進

王 浩 王建新

（沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043）

本文研究的是航空發動機小型作動筒零件切削加工過程，主要利用對零件的接嘴進行高速螺旋銑削、內孔的絎磨加工和消除零件安裝面變形等方法進行加工實驗，最終解決了作動筒零件加工周期長，無法保證零件內孔的高精度要求及加工變形導致的質量不穩定等難題。

螺旋銑削；絎磨；變形

引言

作動筒零件外形小巧，但在發動機中屬于傳動元件。該零件是由筒體、接嘴和安裝板三部分組成，而且零件的所有表面均為加工表面，尤其是這三部分的加工表面及尺寸要求較高，這使零件的加工工藝過程相對復雜，其工藝過程包括車、銑、磨、鉗、電加工等一系列過程，以往這樣的加工過程零件交付周期在20天左右。零件的內孔粗糙度為Ra0.2,圓柱度0.01mm，現階段即使高精度內圓磨床也很難保證此項技術要求，零件合格率低。另外在零件安裝板處，壁厚僅為2mm，以往加工完成后零件變形嚴重，很難保證安裝面到零件內孔的距離要求，需多次人工修復，質量極其不穩定。

那么，要提高零件加工效率和零件加工精度需要解決哪些問題，如何保證零件的交付質量呢？下面就此作動筒零件加工為例來闡述一下實現此零件工藝改進的全過程。

1 原因分析

1.1 零件加工周期長、加工效率低

零件外形相對復雜是零件設計時對其性能的要求，不能因其加工周期問題去更改設計結構，而且這樣也會使發動機的性能受之影響，所以加工工藝流程對零件加工周期和效率影響較大。具體來說，其原工藝過程中車、銑、磨、鉗、電加工等一系列加工工序交錯進行，而且在車削后進行銑削，然后再進行車削，再銑削……以零件其中一處接嘴加工時工序安排為例，工序安排如下：

線切割外形—銑外形余量—車螺紋—鉆內孔—車錐度面

顯而易見，零件加工工序冗雜，是導致零件加工周期長、效率低的主要原因。

1.2 零件內孔精度不易保證導致合格率低下

零件的內孔粗糙度為Ra0.2、圓柱度0.01mm，原工藝方案是采用內圓磨削的方式，但由于零件的內孔直徑僅為20mm，加工時砂輪的線速度較低，所以加工后的內孔表面粗糙度最高僅為Ra0.4，達不到設計圖紙要求，為滿足零件的使用要求需進行人工拋光零件內孔表面，但由于零件的內孔較小，拋光難度較大，圓柱度0.01mm時有超差，最終導致合格率低下。

1.3 零件安裝板處加工變形嚴重質量不穩定

安裝板處加工前為實體結構，最終加工后為懸臂結構，板厚為2mm，這樣當經過電加工、銑加工、車加工等復雜的加工工序后，將零件中間大部分余量去除，零件基體內存在較大的加工殘余應力和材料的殘余應力會隨著表面余量的逐漸減少而逐步釋放，在最終零件成型時造成零件安裝板面變形，變形量為0.03～0.05mm。

2 解決措施

針對以上分析的三方面的原因，首先對零件的加工工序進行優化，將原工藝過程中車、銑、磨、鉗、電加工等一系列交錯的加工工序調整為順次加工，避免因反復周轉而產生的周期。但其中銑削后的車螺紋、車錐度面工序不可缺少，這成為周轉過程中的一項瓶頸問題，若想解決這項問題，需將車螺紋、車錐度面工序合并到銑削加工工序中，但螺紋和錐度面在數控銑床上加工存在一定的難度。最終采用螺旋進刀、多刀路、高速切削方式進行加工零件的錐面，加工錐面時采用帶圓角的立式銑刀，這樣才能保證錐面的表面粗糙度可達Ra0.8以上。在螺紋的加工上選用小直徑、短刃長的螺紋銑刀進行銑削，銑削時采用由下至上的加工方式并應用TURN編程指令手工編程，這樣既可控制螺紋的中徑尺寸要求又能保證加工螺紋時的刀具強度。這種方法，雖然實際的切削加工時間并未縮短，但中間避免了零件的周轉，將幾道工序合并成一道工序，一次裝夾完成幾道工序的加工。

其次，對于零件內孔精度不易保證導致合格率低下的問題，是由于零件的內孔小而必須采用直徑小于零件內孔的砂輪，所以將原磨加工方法改為絎磨加工，以提高零件的表面粗糙度要求。

再次，對于零件安裝板處加工變形嚴重的問題，需先將零件加工成型，端面預留少許余量0.1～0.15mm，讓零件內部的應力充分釋放，然后采用內孔和端面定位，進行磨削端面。

3 加工驗證和試驗結論

根據以上制定措施，分別對以上三種措施進行了實際加工驗證。

零件加工中電加工、車、銑、磨、鉗等一系列過程依次進行，加工設備不發生重疊現象，這樣就可將加工過程像流水一樣一一安排到各個工序中，但這樣一來，其中的瓶頸工序就制約整條生產鏈的加工周期，必須將其中的瓶頸工序的加工效率提升起來。銑削型面、螺紋、錐度面工序為此項加工中的難點和加工瓶頸，通過采用高速銑削的加工方法完成了型面和錐度面的加工，而且此方法加工的零件表面粗糙度比設計圖紙要求的還高出一個等級，錐度面的精度要求通過著色法檢查完全符合標準要求，整個工序的加工時間在30min以內，符合零件的加工節拍。另外，將原內孔進行絎磨加工后，零件的內孔表面粗糙度可達Ra0.2或更好一些，僅在同軸度方面要損失一些，較原來的0.02mm增大了0.005mm，但此項技術條件仍然符合設計圖紙的要求。對于防止零件安裝板處加工變形嚴重的問題，采取了預留余量的方法，但原方案中預留0.1～0.15mm余量再進行磨削加工，加工后零件平面變形0.02～0.04mm，經過研究后，將余量改為0.05～0.10mm，這樣零件的平面變形量為0.02mm以內，最終符合設計圖紙的要求，零件合格交付。

結語

本文通過以上對航空作動筒零件加工過程的優化、內孔加工精度的保證、加工變形問題的解決三個方面進行了深入的研究，并針對加工過程中工藝流程的安排提出了一套全新的加工方法，使整個加工過程的效率提升50%以上。將工序中的難點和制約加工效率的瓶頸問題一一排除解決，大膽采用了先進的加工方法——絎磨加工，使目前航空作動筒類零件的加工問題得到了進一步的解決，產品的交付質量又上了一個臺階。

[1] 王潤孝.先進制造技術導論[M]. 北京：科學出版社，2004.

TH137

A

王浩，男，工程師，畢業于沈陽航空工業學院機械設計及其自動化專業，2005年8月投身于中航工業黎明，主要研究航空結構件零件的加工。