某風(fēng)扇框架機(jī)匣加工工藝研究

張宏升 趙彥軍 王文秋

（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）

1 引言

近年來(lái)隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種新型合金材料都被大規(guī)模使用，其中鋁合金材料是現(xiàn)代航天航空工業(yè)重要的結(jié)構(gòu)材料，鋁合金材料有著很高的合金比剛度，比強(qiáng)度，加工性能好，很高抗應(yīng)力性能和抗剝落腐蝕性能，而且斷裂韌性較好，抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力強(qiáng)，但該材料耐腐蝕性較差，塑性高，切削時(shí)易粘刀。本文所介紹的機(jī)匣就是使用鋁合金材料的框架機(jī)匣，該機(jī)匣另有的特點(diǎn)就是壁厚較小，機(jī)匣側(cè)壁角度較大，剛性較差，盡管圓周方向一圈加強(qiáng)筋對(duì)該結(jié)構(gòu)有一定的固定作用，控制變形成為該零件加工的關(guān)鍵，本文針對(duì)該機(jī)匣的特點(diǎn)對(duì)各部分問(wèn)題逐一試驗(yàn)，摸索加工規(guī)律，為今后此類零件的加工奠定基礎(chǔ)。

2 零件分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析。該零件為典型的鋁合金零件，材料牌號(hào)為AMS4147，該材料更容易發(fā)生腐蝕，該零件的高為360mm，大端最大直徑為φ842mm，小端最大直徑為φ570mm，最薄壁厚處僅為5.9mm：（1）該零件在靠近小端斜面上有3個(gè)直孔，其中2個(gè)直徑大小為φ26mm，1個(gè)直徑為φ8.7mm，以及10個(gè)斜面孔，直徑均為φ27mm。（2）在零件的小端面共計(jì)有60余個(gè)孔，在小端背面有一個(gè)T型槽，且小端與其他零件為過(guò)盈裝配，多處尺寸公差和技術(shù)條件都較嚴(yán)，鉆孔前后直徑尺寸變化較大。（3）零件中部有一個(gè)加強(qiáng)筋，該加強(qiáng)筋上有20個(gè)均布孔。（4）零件大端為該零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，在端面上有84個(gè)孔，鉆孔對(duì)大端基準(zhǔn)的影響較大，背面有一個(gè)反勾槽，該槽尺寸公差較嚴(yán)且在零件變形量較大的情況下該處接刀成為該零件的關(guān)鍵。

2.2 加工難點(diǎn)分析。難點(diǎn)1：大端面孔的加工，在大端面上分布84個(gè)均布孔，由于該零件剛性較差，加工過(guò)程中零件變形，造成孔位置度超差；難點(diǎn)2：斜面上直孔的加工，在加工斜面上直孔時(shí)無(wú)法采用傳統(tǒng)的鉆、擴(kuò)、鉸的加工方法，斜面上無(wú)法直接打點(diǎn)或者鉆孔，用銑刀窩出平面后鉆孔會(huì)出現(xiàn)鉆孔過(guò)程中鉆頭一半在零件內(nèi)一半露出機(jī)體，孔同樣會(huì)鉆偏；難點(diǎn)3:大端面反勾槽的加工，該槽有裝配要求，直徑公差較嚴(yán)，鉆孔前后該槽的尺寸變化較大，正常加工無(wú)法保證槽尺寸。

3 加工難點(diǎn)解決方案

3.1 大端面孔加工方案。加工該零件大端84個(gè) Φ8.66～ Φ8.94孔，該孔使用8.5鉆頭鉆孔，8.7鉸刀鉸孔，經(jīng)過(guò)多次加工發(fā)現(xiàn)所有孔的尺寸合格，但是所有孔的位置度均有超差現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，孔的角度偏差不超過(guò)0.01度，為正常現(xiàn)象，所有孔的極半徑比理論值小0.3～0.5不等，經(jīng)分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要有以下兩點(diǎn)：（1）待加工的孔加工在大端面的槽中，槽底面與大端面有一個(gè)R0.5的轉(zhuǎn)接，在鉆孔中鉆頭鉆在R上會(huì)產(chǎn)生一定偏差（圖1）。（2）由于該零件的壁厚較薄，零件的斜度較大，剛性較差，在加工中受軸向力的影響零件圓周方向向外擴(kuò)張，在加工后零件恢復(fù)，造成零件的極半徑偏小。

針對(duì)以上分析，通過(guò)夾具改進(jìn)和優(yōu)化刀具選用等方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）針對(duì)零件剛性不足的情況，通過(guò)增加輔助支撐來(lái)人為增加零件的結(jié)構(gòu)剛性，在H部位增加輔助支撐可以有效的提高剛性同時(shí)減少銑削加工的振動(dòng)量，但在安裝輔助支撐的同時(shí)一定要壓表安裝，防止將零件頂變形。（2）更改刀具的選用，鉆孔后應(yīng)使用銑刀或者擴(kuò)刀來(lái)修正孔的位置度，使用Φ8.7的銑刀代替Φ8.7的鉸刀，可以有效的修正孔的位置度。

3.2 斜面上直孔加工方案：（1）首先考慮在加工小端時(shí)加工2個(gè)斜面直孔，但由于小端上沿的2個(gè)槽的公差影響2個(gè)斜面直孔的加工，在加工孔時(shí)可能加工到這2個(gè)槽，所以該孔只能在只能在大端加工。（2）由于該斜面的角度較小，在加工斜面孔時(shí)，如果使用加長(zhǎng)刀柄容易撞到零件側(cè)壁，所以只能使用加長(zhǎng)刀桿，但加長(zhǎng)刀桿強(qiáng)度不夠，在銑加工時(shí)發(fā)生振動(dòng)，容易產(chǎn)生震紋。（3）由于零件的特殊結(jié)構(gòu)，加工的斜面處于懸空狀態(tài)，加工時(shí)零件會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生很大的震紋。（4）由于該孔為斜面孔，零件壁較薄，該孔不能形成一個(gè)完整的孔，在加工時(shí)零件時(shí)如果使用鉆頭鉆孔，或是使用銑刀銑孔，會(huì)造成刀具單方向受力使孔的位置度超差。

圖1 大端面孔加工

通過(guò)以上分析，在以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：①改進(jìn)刀具。改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，增加刀柄的直徑，保證刀柄的強(qiáng)度，減小刀柄加工零件過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)量。②改進(jìn)程序。將程序改為螺旋進(jìn)刀，刀具軌跡沿著內(nèi)型面輪廓橢圓形進(jìn)刀，保證刀具加工過(guò)程中側(cè)刃切削厚度相同，刀具在各個(gè)方向的受力相同，刀具不會(huì)走偏。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)該風(fēng)扇框架機(jī)匣的加工的關(guān)鍵是如何控制零件的變形，首先應(yīng)注意溫度對(duì)加工零件的影響，溫度的變化對(duì)鋁合金零件影響尤其明顯，在余量去除較大的情況下冷卻液一定要充足，其次加工力對(duì)這種薄壁零件影響也十分嚴(yán)重，在加工中避免使零件受力方向在零件壁厚最薄的位置，再次夾具的選用也十分重要，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的零件在加工中振動(dòng)較大，夾具的輔助支撐十分必要，可以減少振動(dòng)量的產(chǎn)生，也可以延長(zhǎng)刀具的壽命，最后鋁合金零件的防腐也是至關(guān)重要，易腐蝕的材料在精加工中對(duì)冷卻液的要求較高，如果冷卻液不能滿足要求可以適當(dāng)考慮不使用冷卻液加工。

[1]高虹靜.淺論金屬切削加工切削液[J].物流工程與管理，2009.

[2]楊叔子.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.