薄壁復(fù)雜飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣本體3D打印技術(shù)優(yōu)勢簡介

摘 要：文章以某航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣分配機(jī)匣本體為載體，說明復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)件的機(jī)加工藝。通過3D打印技術(shù)改變其生產(chǎn)路線，并從生產(chǎn)成本與加工效率兩方面進(jìn)行對比分析，以簡介3D打印技術(shù)對于制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件；3D打印；成本；效率

1 概述

某型號(hào)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣分配機(jī)匣本體是航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要的結(jié)構(gòu)件。該零件外部形狀不規(guī)則、薄壁、具有雙斜面結(jié)構(gòu)（如圖1），在側(cè)壁的不同平面上有近300個(gè)Φ1的排氣孔（如圖2）。該件的機(jī)械加工工藝路線存在排氣孔加工困難、外形薄壁易變形，零件報(bào)廢率高，加工周期長等制造難題。為降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，改變空氣分配機(jī)匣本體的工藝路線，使用3D打印機(jī)對零件進(jìn)行整體成型，只對部分表面進(jìn)行機(jī)械加工。

2 機(jī)械加工制造路線

零件毛坯為自由鍛（毛坯規(guī)格為380mm×200mm×115mm），由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且為薄壁件，因此在加工過程中，在控制變形量的同時(shí)還要去除巨大的余量。

首先，使用數(shù)控銑床銑削零件的內(nèi)型腔、外型面以及頭尾兩處的配合面。在銑加工的過程中，為控制加工中的變形需要在型腔內(nèi)填充填充物。零件在加工制造前需要調(diào)制填充物，待填充物完全干燥后方可進(jìn)行工序的加工。完成加工后還需去除填充。

然后，利用線切割加工雙斜面。由于零件高度較高，線切割斜面時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)短路現(xiàn)象，致使零件的工序加工時(shí)間長且加工后的零件表面質(zhì)量很差。

其次，利用五坐標(biāo)加工中心，加工零件不同平面上的排氣孔。加工每一個(gè)平面上的孔都要翻轉(zhuǎn)不同的角度。

最后，采用電脈沖加工的方式，對螺紋孔下方的銑削殘留部分進(jìn)行清根。該工序的加工所需電極種類多，加工的時(shí)間長，約為14-16小時(shí)，同時(shí)在后續(xù)去除電加工重熔層時(shí)也存在很大困難。

以下為空氣分配機(jī)匣本體的詳細(xì)工藝路線

XX.2475：自由鍛（鍛件規(guī)格為380mm×200mm×115mm）-銑六方-磨四面-銑外形-灌填充物-銑內(nèi)腔-灌填充物-銑另一側(cè)外型-灌填充物-銑另一側(cè)內(nèi)腔-灌填充物-鉗工修磨-銑外形、鉆、鉸孔-銑外形、鉆、鉸孔-鉗加工-清理填充物-線切割斜面-銑外側(cè)凸臺(tái)-鉆螺紋底孔一-鉆螺紋底孔二-鉆小孔-鉗加工-電脈沖加工-磨兩側(cè)面-攻螺紋-研磨兩側(cè)面-最終檢驗(yàn)

3 3D打印技術(shù)的加工路線

首先使用3D打印機(jī)對零件進(jìn)行成型，3D打印機(jī)通過內(nèi)部軟件將零件模型分解為若干平面，通過層層鋪粉并對需要成型位置進(jìn)行激光熔化。為防止成型過程中出現(xiàn)變形，對零件部分位置設(shè)計(jì)輔助支撐以完成零件的成型工作。

3D打印件的原材料從粉末經(jīng)激光加熱為熔融狀態(tài)再凝固的過程中，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力。成型后需對零件進(jìn)行去熱處理或時(shí)效去除內(nèi)部應(yīng)力。

完成去應(yīng)力后，通過線切割將零件與3D打印基板分離。

通過機(jī)械加工去除零件上殘留的輔助支撐，并對配合表面進(jìn)行加工。完成加工后對零件進(jìn)行光整加工以提高表面光潔度。

以下為空氣分配機(jī)匣本體的具體工藝路線：

3D打印成型-去應(yīng)力熱處理-線切割平面-線切割去支撐-磨平面-鉆、鉸孔-鉆、鉸孔-鉆側(cè)面孔-銑側(cè)面鉆孔-光整加工-攻螺紋-最終檢驗(yàn)。

4 生產(chǎn)成本對比分析

4.1 機(jī)械加工工藝路線的生產(chǎn)成本

生產(chǎn)成本=原材料成本+機(jī)械加工成本

機(jī)械加工成本=零件總工時(shí)×生產(chǎn)消耗工時(shí)成本。

經(jīng)計(jì)算該零件生產(chǎn)消耗成本為40元/小時(shí)。

4.2 3D打印技術(shù)生產(chǎn)成本

3D打印成本=打印零件重量×原材料價(jià)格+加工費(fèi)用。

目前0Cr18Ni9粉末的價(jià)格為600元/kg

5 生產(chǎn)效率對比

將表1、表2與表3中計(jì)算得出的數(shù)據(jù)匯總到下表4中，可以清晰的顯示出3D打印技術(shù)相對于傳統(tǒng)加工方法對于制造異形結(jié)構(gòu)件的優(yōu)勢。

通過表格中數(shù)據(jù)的比較可以看出，3D打印技術(shù)相對于傳統(tǒng)加工方法在加工效率與生產(chǎn)成本上優(yōu)勢明顯。相對于傳統(tǒng)加工方法，3D打印技術(shù)由于減少生產(chǎn)原料，工裝需求少，進(jìn)而極大地降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)解決了在加工過程中薄壁零件易變形的問題。在加工效率上，3D打印技術(shù)加工工序少，加工中不受工裝夾具的生產(chǎn)限制，加工時(shí)間短。同時(shí)3D打印技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量由機(jī)床控制，產(chǎn)品的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。無論是單件生產(chǎn)抑或批量生產(chǎn)，均可以出色的完成，因此3D打印技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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