LEAP發動機新型彈性支撐零件高效加工技術應用

■中國航發西安航空發動機有限公司 （陜西 710021） 魏武剛

LEAP系列發動機是CFM國際公司研制的大型客機發動機，不僅用于波音公司與空客公司，也用于中國商飛公司的C919大型客機，該系列發動機是目前國際最先進的航空發動機之一，除了性能先進、可靠性高和燃油經濟性好等特點外，其軸承減振承力部件也改進了設計，如3號彈性支撐，是原來2個零件集成為1個零件得到的，該零件與以往發動機同類零件相比，集成度更高、結構更復雜、加工難度與材料去除量更大，通過探索新工藝方案，車削加工以可靠的裝夾、消除車削振刀為主來提高車削效率；銑削加工通過設計合理的銑削順序與內容，運用熱縮刀柄配合高效銑削方式，減少銑削振刀、讓刀，降低零件變形，提高銑削效率，從而達到高效加工的目的。

1.零件結構分析

（1）3號彈性支撐零件的材料為高硬度合金鋼15-5PH，硬度較高，為36～42HRC，規格為φ285mm～φ310mm之間，壁厚較薄，為3.18～4.50mm，其剛性較差，且易變形。其所有尺寸的檢測條件是基準面A約束到0.025mm以內、基準B約束到公差范圍內。其毛料為鍛環件。

（2）形狀特點：①外形上整體結構呈籠狀，左側有法蘭邊且外圓較大，右側外圓較小。②中間部分靠立柱相連，且立柱四周需要噴丸。③內孔里的基準D與外圓B不同心，且內孔里的鋸齒形螺紋和臺階孔都與內孔基準D同心，如圖1所示。

圖1 零件外形

2.加工難點

（1）零件中間鏤空和噴丸后變形的影響，導致4處止口直徑及法蘭邊上的小孔位置度0.05mm加工難度大，如圖2所示。

（2）有偏心的內孔D位置度0.025mm，加工難度大，如圖2a所示。

（3）高效銑削立柱與控制銑削變形，消除振刀、讓刀的難度大。

3.工藝思路分析（針對前2個加工難點）

（1）由于立柱必須依靠銑加工完成且需要噴丸，而銑開立柱零件剛性會變得很差且有變形，為了克服上述困難，對于精度要求較高的表面精加工，最好放在銑加工立柱與噴丸工序之后進行。即“左右4處止口直徑”與“法蘭邊上的小孔”的精加工，最好在銑加工立柱與噴丸工序之后進行。

（2）由于有偏心的內孔D相對于基準A、B和C有位置度0.025mm的要求，要求很高，且內孔D與內孔里的鋸齒形螺紋和臺階孔都同心，所以對這幾個特征的加工順序最好按照設計的先后順序進行，即先加工基準A（平面）、基準B（外圓）和基準C（角向孔），后加工基準D（內孔），最后車鋸齒形螺紋與磨大端內孔。

基于上述分析，初步得出加工順序：半精車內外形→鉆孔銑削法蘭邊及大小立柱→噴丸→磨基準B與小端外圓→車內孔基準D→車鋸齒螺紋→磨大端內孔。

圖2 零件結構

圖3 防振示意

4.困難與解決措施

直接按照上面得出的加工原則順序加工，會有以下3個困難。

（1）在銑加工立柱與噴丸工序之后，直接車削加工右側止口時會振刀，只能磨削右側止口，同時鏜法蘭邊上的小孔，此時，也會有振刀現象。磨削加工表面粗糙度雖好，不振刀，但是加工效率很低。

原因分析：銑開立柱零件剛性會變得很差，因而會導致車、鏜加工時振刀。

解決措施：設計減振夾具并給零件纏橡皮條，可解決車削右側止口振刀的問題，實現“以車代磨”加工與鏜孔加工，大大提高加工效率，如圖3所示。

（2）先鉆孔、銑削法蘭外形及立柱，后加工偏心基準孔D，最后車鋸齒形螺紋，這樣的工藝安排會直接導致車螺紋時振刀且難以消除。

原因分析：零件中間部分立柱剛性很差，致車螺紋時振刀。

解決措施：內孔D的精加工分2次進行，即分為半精加工、精加工2道工序。

具體做法：鉆孔銑削法蘭邊外形→半精加工內孔D→精車螺紋→銑削寬窄立柱→噴丸→精加工內孔D→精磨大端內孔，即可解決以上問題，消除車螺紋振刀，實現高效加工。

優勢：車螺紋之前零件沒有進行銑削立柱，因而剛性很好，車螺紋時不會振刀，可以高效車削，同時又滿足了內孔D必須晚于基準A、B和C加工的原則，從而有利于保證內孔D位置度0.025mm合格。

（3）加工內孔D時，C基準孔不能直接找正，偏心位置度0.025mm難以保證。

原因分析：內孔D在小端，基準A、B和C都在大端，故以零件大端向下定位裝夾后加工內孔D比較可靠，且零件不易變形。此時銑加工內孔D時，基準A、B可以直接找正，但是最大的問題是C孔距離立柱太近，立柱高度又太高，導致杠桿表測頭夠不到，因而C基準孔不能直接找正，如圖4所示。

解決措施：借助凸耳上的兩孔找正角向C基準孔，有利于保證內孔D位置度0.025mm合格。

圖4 加工內孔D示意

圖5 銑削外法蘭邊與鉆鏜孔示意

圖6 銑削立柱上端示意

5.分析與解決措施（針對第3個加工難點）

針對第3個加工難點的思路分析如下。

加工分析：由于2組立柱（18處寬柱與17處窄柱）關于角向基準孔C都有角向要求，所以要先銑削法蘭邊與鉆鏜孔，后銑削立柱。且立柱的截面小、長度長，又因寬立柱長、窄立柱短，所以立柱的銑削要分段進行，因此把零件法蘭邊與立柱的銑削共分為4步。即先銑削法蘭邊與鉆鏜孔，后銑削立柱上端部分，然后銑削中間部分，最后銑削寬窄立柱的連接部分，

（1）銑削法蘭邊與鉆鏜孔（見圖5），運用插銑粗開，再用立銑刀精銑，既提高了粗銑效率，又減少了銑削變形。

（2）銑削立柱上端（見圖6）也用插銑粗開，再用立銑刀半精銑、精銑。插銑粗開既提高了粗銑效率，又減少了銑削變形，還節約了刀具成本。半精銑、精銑采用熱縮刀柄夾持刀具，有效減少讓刀現象，并大大提高銑削效率。

（3）銑削立柱中間部分（見圖7），先用立銑刀分層銑開立柱，再分層半精銑、精銑立柱，從而保證立柱側面輪廓度0.12mm的要求合格；同時夾具上增加輔助支撐環，整體支撐內孔端面，有效防止銑削小柱時振刀與變形，并采用熱縮刀柄夾持刀具，大大提高銑削效率。

（4）銑削寬窄立柱的連接部分（見圖8），夾具上增加輔助支撐防振，先鉆排孔去余量，再用不等齒的防振立銑刀粗銑、精銑寬窄立柱連接部分，因為刀具伸長量80mm（長徑比＞10），去余量用鉆孔效率較高，且零件不易變形，因為切削時是軸向受力。

（5）設計這樣的銑削順序，立柱不易變形、銑削不易振刀，又結合插銑切削方式，并利用熱縮刀柄夾持刀具，減少讓刀現象，實現高效銑削。

圖7 銑削立柱中間部分示意

圖8 銑削大小立柱的連接部分示意

6.結語

要實現此類新型大面積鏤空彈性支撐零件的高效加工，通過實踐，得出以下工藝原則：精心設計工藝與裝夾方案，以減小零件裝夾變形與振動、減小零件切削振刀與讓刀、減小零件切削變形和減少磨削加工為原則，銑削加工時可利用熱縮刀柄裝夾刀具，采用新型的銑削方式實現高效加工。