航空機匣殼體襯套精密鏜削加工技術分析

王東晨 吳迪 金駿年 閻東

摘 要：航空產品一般都是由復合低硬度金屬材料制作而成的，比較常見的材料有鎂合金、鋁合金和銅合金等，航空發動機機匣的制作材料也是一樣的。機匣零件在制作過程中對加工技術的精度有嚴格的要求，通常會選擇鏜削加工技術對機匣進行加工，可以提高機匣零件整體的精度。但是機匣內孔的粗糙度達不到機匣零件的加工標準，加工中應用刀具種類對零件加工的精密性有著一定的影響，對此，該文對航空機匣殼體襯套精密鏜削加工技術進行了研究。

關鍵詞：航空機匣殼體;鏜削加工;精密加工

中圖分類號：V23? ? ? 文獻標志碼：A

1 航空機匣殼體襯套加工要求

航空發動機機匣零件在加工的過程中，比較常用的加工方法有車削加工法和鏜削加工法。磨削在提高零件表面粗糙度方面有著明顯的應用優勢，效果比較好，但是對于硬度比較低的材料來說，想要應用這項工藝是非常困難的。以往應用的鏜削加工技術可以對這類材料的零件進行加工，零件表面的粗糙度一般在（Ra0.9～Ra1.2）這個范圍以內，而航空機匣的粗糙度一般需要達到Ra0.25，才能滿足機匣的應用需求。各種復合金屬材料在加工的過程中，粗糙度在Ra≥0.9屬于零件正常的精度加工等級，如果粗糙度Ra≤0.2則屬于超精密加工等級，航空機匣零件的精度要求趨向于后者，但是對于這方面的生產加工我國的經驗比較少，加工的難度比較大。

該文將實驗室中零件的精密加工技術應用到航空產品的制造中，實現航空機匣零件的超精密加工，提高精密加工工藝的效果，使復合金屬機匣在制造加工時，可以在粗糙度精度等級控制方面獲得更多的經驗，這樣才能提升航空機匣零件的加工水平。

2 精密鏜削加工技術的應用研究

2.1 刀具的準備

在對零件進行精密加工的過程中，一般會使用單晶精鋼石刀具，應用的加工方法是車削加工。在這種加工條件下，在對硬度較低的金屬材料進行加工的過程中，零件的粗糙度可以達到納米等級。而車削加工技術在應用的過程中，加工機床是固定的，零件在加工時高速轉動，可以提高零件表面的加工質量，但是這種加工方法也存在一定的弊端，加工的零件結構較為固定，一般應用于有固定特征的零件加工。

鋁合金、鎂合金等材料是航空機匣制造主要應用的材料，通常應用鏜削加工技術來加工零件，用這種加工方式代替車削加工，將切削道具作為旋轉體，可以滿足機匣內孔加工需求。但是刀具在應用的過程中線速度有限，零件表面的加工質量無法得到保證。但是零件的粗糙度等級可以達到機匣零件的應用要求。

2.2 工藝試驗內容

2.2.1 試驗件的精密加工

對銅棒外徑進行精密車削加工，掌握銅質材料精密加工后表面粗糙度等級情況;使用單晶金剛石鏜刀對銅棒內孔進行精密鏜削加工，觀察試驗件內孔表面粗糙程度。

2.2.2 試驗件的檢測

對加工的銅棒試件進行目視對比檢查，已經達到鏡面光度，用光學粗糙度儀進行檢測，檢測報告粗糙度數值Ra0.122。

對試驗室鏜削加工的試件進行目視對比檢查，粗糙度等級已經達到精密級，同時將試件在接觸式粗糙度儀上進行表面質量檢測，檢測報告粗糙度數值為Ra0.145。

2.3 試驗結果

2.3.1 精密級加工刀具

對精密加工技術進行研究后發現，加工刀具的選擇是非常重要的，要選擇精密級加工刀具。刀具在應用的過程中也需要對其進行全面考慮，掌握加工刀具的結構特點和在應用時的保護方法。

2.3.2 精密級加工工藝

國內多數航空制造廠對于鋁合金、鎂合金及銅等軟質材料的機加等級還處于一般的粗糙度等級（Ra≥0.9），無論是車削加工還是鏜削加工，傳統的機加方法都無法達到精密級粗糙度等級（Ra≤0.2），按照上文的加工方法進行加工，有效地解決了航空機匣進行精密加工時的粗糙度問題。

2.3.3 型號制造難題解決

目前，車間采用了傳統的鏜削加工方法，表面粗糙度只能控制在Ra0.9～Ra1.2，無法滿足設計要求。將試驗研究結果直接應用于產品的加工，解決了航空產品的制造技術難題。

3 精密鏜削加工技術的優化

3.1 工裝夾具的調整

我們對現行的鏜孔夾具作了分析，發現本道工序的夾緊限位尺寸與鏜軸向孔工序相同，這兩道工序可以共用一個夾具，該夾具是具有正式工裝號的夾具，這樣既保證了夾緊的狀態又可以節省科研試制的成本。改進零件的裝夾方案，增加工藝系統的剛性，對高效加工至關重要。

3.2 工藝性分析及加工方法的優化

原精鏜工序四坐標加工中心上進行，該設備是90年代引進的。280 個鑲葉片的精密徑向孔形狀有著特定的要求，孔直徑公差是：0.018，位置公差是0.1，孔的內、外兩側均有臺階，非常難加工。原來的加工路線是：打點→鉆孔→鏜孔→鉸孔→反锪內腔臺階孔→正锪外腔臺階孔。特別是機匣的內腔臺階孔按原加工方法采用的是反锪加工。

針對這一薄弱環節，我們進行了改進。首先設想能否將外側反锪孔加工改為在機匣內側正銑孔加工，但這需要如下幾個條件：

（1）機匣內徑足夠大，使得主軸頭可以進入機匣內腔。

（2）加工中心由臥式轉為立式，但可以通過配備主軸直角轉換頭完成立臥轉換，達到在機匣內腔正向銑孔加工的目的。經過嚴格篩選，我們最后選定德國五坐標加工中心作為鏜孔加工的主要設備。BOKO 機床屬于典型的立式四坐標加工中心，同時具備安裝直角轉換頭的功能，這使得這臺設備具備正銑孔的條件。這樣每加工一個孔，就省去了裝刀頭、卸刀頭2個不必要的非接觸零件的加工環節。使該工序的加工完全實現了名副其實的自動化，而非以前的半手動加工。

3.3 精密孔內表面粗糙度改善方法

280個徑向孔的粗糙度Ra為0.8，原工藝方法加工后孔內壁經常有劃痕，需要增加人工拋修工序才能達到設計要求。針對這一問題，我們重新收集了各種鉸刀生產廠家的資料，從中優選可轉位硬質合金機夾鉸刀進行嘗試。這種鉸刀只有單刃，齒數少于標準鉸刀，但是增大了容屑空間和刀齒強度，使切屑向下排出，不會摩擦、劃傷孔壁，因而使加工后的孔粗糙度一次合格，不必拋修就滿足了Ra1.6的設計需求。

3.4 孔加工選用刀具及切削參數

鈦合金加工時變形系數小，這是它的一個顯著特點，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程增大，進而加速了刀具磨損。同時，由于鈦合金的彈性摩量小，加工時在徑向力作用下容易產生變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。綜上所述，鉆孔加工應該盡量選擇硬質合金刀具。

4 結語

近20年來，為了提高發動機的性能，復合金屬用量顯著增加，合金材料在飛機和發動機中的使用量也是衡量期限的重要指標之一，因而掌握合金材料的加工性能與加工技術顯得愈來愈重要。我們要在滿足公司生產線緊急需求的同時兼顧公司長遠發展的目標，改進現有工藝，開展新工藝的研究，使科研成果能夠有效應用在公司的發動機零件生產中。

參考文獻

[1]張同，孫淑玲，袁方.精密薄壁襯套類零件的工藝改進及高效加工[J].中國新技術新產品，2014（18）：100.

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