航空發動機薄壁環形零部件加工變形控制

安麗莎 韓永武 鄧連興

摘 要：航空發動機的加工制造是一項要求精度極高的工作，在航空發動機的機械加工中涉及眾多結構復雜、幾何精度要求高的零部件，加之航空發動機所使用的材料硬度較高從而對航空發動機的機械加工帶來了極大的挑戰，做好航空發動機機械加工制造中的工藝研究和應用對于提高航空發動機的機械加工質量和效率有著極為重要的意義。薄壁環形件是航空發動機的機械加工中的較為常見的一類零部件，薄壁環形零部件在機械加工受壁體較薄的影響導致其剛性較差，在薄壁環形零部件的機械加工過程中受到加工切削力和裝夾力的影響使得其極易變形，從而影響零部件的加工質量。本文結合薄壁環形零部件的特點以及薄壁環形零部件機械加工中的變形原因對如何做好薄壁環形零部件機械加工中的變形控制，提高薄壁環形零部件的加工質量，做了分析。

關鍵詞：航空發動機；薄壁環形零部件；機械加工；變形

中圖分類號：V232 文獻標志碼：A

0 前言

航空發動機薄壁環形零部件的種類多、數量大，比如說機匣、盤軸類、葉片類等的零部件都屬于航空發動機薄壁環形零部件，由于航空發動機薄壁環形零部件在機械加工中對于航空發動機薄壁環形零部件的尺寸精度和幾何精度的要求都較高，受制于航空發動機薄壁環形零部件的材質、結構等的影響，航空發動機薄壁環形零部件的機械加工面臨著極大的挑戰性。本文將在分析航空發動機薄壁環形零部件特點的基礎上對如何做好航空發動機薄壁環形零部件的機械加工，控制航空發動機薄壁環形零部件機械加工中的變形量，提高航空發動機薄壁環形零部件的機械加工精度。

1 某型號航空發動機薄壁環形零部件的結構及加工工藝

某型號的航空發動機薄壁環形零部件直徑大、其表面分布多極榫槽，是一種整體環形件，某型號航空發動機薄壁環形零部件采用的是鈦合金材質。該航空發動機薄壁環形零部件直徑最大處達到了近1000mm，高度近500mm，零部件的最薄處僅3mm，其結構特點導致該航空發動機薄壁環形零部件的剛性較弱，在加工過程中極易受到各種因素的影響而導致該航空發動機薄壁環形零部件產生變形從而無法達到設計加工精度。這類零部件在新型航空發動機中應用越來越多，需要加強對于此類航空發動機薄壁環形零部件加工工藝的研究，提高航空發動機薄壁環形零部件的加工質量對于航空發動機的加工質量有著極為重要的意義。在航空發動機薄壁環形零部件的加工制造的過程中選用的整體鈦合金鍛件，毛坯料表面留有大量的加工余量。在其加工工藝編制的過程中按照先粗后精、先內后外、先面后孔的原則進行編制。整體加工分為粗、半精、精加工3個階段。在粗加工階段采用的是車加工用以去除毛坯料表面大量的加工余量，粗車完成后需要通過熱處理消除零部件內部的加工應力。而后對毛坯件進行半精加工，加工完成后零部件表面留約0.8m的加工余量。在后期的精加工中需要使用精車和鉆孔來精確控制加工精度。

2 航空發動機薄壁環形零部件加工變形原因分析與控制

航空發動機薄壁環形零部件由于其結構特點導致其自身的剛性較弱，在加工中極易受到外力的作用或是自身殘余應力的作用而導致變形從而影響航空發動機薄壁環形零部件的加工精度?？傮w來說影響航空發動機薄壁環形零部件加工精度導致其變形的原因主要有以下幾個方面：

（1）切削應力的作用。在航空發動機薄壁環形零部件機械加工的過程中由于零部件較薄，剛性較弱，導致航空發動機薄壁環形零部件在機械加工的過程中，容易受到切削力的作用而導致航空發動機薄壁環形零部件產生“讓刀”變形。其變形主要表現為圓度或是圓跳動超差。

（2）殘余應力對航空發動機薄壁環形零部件加工質量的影響。在航空發動機薄壁環形零部件機械加工過程中，多種力作用在航空發動機薄壁環形零部件內部并破壞了航空發動機薄壁環形零部件內部的應力平衡，這些殘余應力在拘束力消除后將重新分配用以達到新的平衡，而在這一過程中將導致航空發動機薄壁環形零部件因殘余應力而導致變形，從而使得航空發動機薄壁環形零部件的尺寸精度和幾何精度無法滿足需求。

（3）裝夾力對航空發動機薄壁環形零部件的影響。在航空發動機薄壁環形零部件的機械加工中由于其直徑大、剛性弱在外部裝夾力的作用下將導致航空發動機薄壁環形零部件在薄弱處產生變形。

為做好航空發動機薄壁環形零部件機械加工變形的控制，提高航空發動機薄壁環形零部件的機械加工精度可以從以下幾個方面入手：

（1）做好裝夾形式的優化。裝夾主要用于實現航空發動機薄壁環形零部件的固定，做好裝夾方式的優化主要目的是在確保航空發動機薄壁環形零部件固定性的基礎上減少裝夾力對于所固定零部件的影響。針對航空發動機薄壁環形零部件的結構特點，在裝夾方式的選擇上應當選用航空發動機薄壁環形零部件內部剛性較好的配合內圓表面和端面來作為裝夾固定的定位面和支撐面。此外，在航空發動機薄壁環形零部件的裝夾固定中需要注意增加輔助支撐結構用以降低其對航空發動機薄壁環形零部件的影響。

（2）做好航空發動機薄壁環形零部件機械加工參數的優化。航空發動機薄壁環形零部件在機械加工過程中為降低變形量對航空發動機薄壁環形零部件加工精度的影響可以通過在對航空發動機薄壁環形零部件加工過程中各力的作用特點選用合理的加工參數并在加工工藝或是加工參數中對其進行一定的補償，通過加工參數的優化減少航空發動機薄壁環形零部件在機械加工中的變形，提高航空發動機薄壁環形零部件的加工質量。在粗加工階段，由于毛坯件的余量較多，需要選用硬度較高的車刀同時結合鐵合金材料的特點選用高鈷類的刀具較為理想。在航空發動機薄壁環形零部件機械加工中為避免熱應力堆積并確保航空發動機薄壁環形零部件表面與刀具具有良好的接觸性，在半精、精加工階段需要控制好刀具的進給量和切削速度。在精加工階段，為減少加工變形應當采用高轉速、低吃刀的加工方式，減少零部件的變形。

（3）做好刀具進給路徑的優化和補償。在航空發動機薄壁環形零部件的機械加工走刀路線的選擇上，在確保加工精度和表面粗糙度的前提下，盡量縮短刀具走刀的路線，減少空行程和換刀的次數，提高航空發動機薄壁環形零部件的加工效率。在航空發動機薄壁環形零部件基刀具結構允許的條件下，精加工最后一刀以此連續走刀完成航空發動機薄壁環形零部件的型面加工，減少接刀部位。著重強調了刀具的切入、切出路徑的選擇。對于殘余應力所造成的變形，在加工過程中應當適當采用合理的熱應力處理方式來消除殘余應力。此外，在航空發動機薄壁環形零部件的機械加工工藝的編制中可以結合航空發動機薄壁環形零部件機械加工變形的特點通過合理的補償來減少航空發動機薄壁環形零部件機械加工變形量，提高航空發動機薄壁環形零部件的機械加工質量。

結語

航空發動機薄壁環形零部件是航空發動機中的重要組成部分，隨著我國商用飛機的發展對于大直徑的航空發動機薄壁環形零部件的需求將越來越多，做好航空發動機薄壁環形零部件的機械加工對于提高航空發動機的性能，確保航空發動機的產量有著極為重要的意義。本文結合航空發動機薄壁環形零部件在加工過程所產生變形的原因對如何做好航空發動機薄壁環形零部件機械加工中的變形控制，保障航空發動機薄壁環形零部件的機械加工精度進行了分析介紹。

參考文獻

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