風扇機匣加工

黃梅 劉余

摘? 要：本文以某型風扇包容機匣為研究對象，展開大型鋁合金包容機匣加工變形控制技術研究，通過工藝試驗，優化工藝方案、調整加工參數、采用冷脹形毛料等工藝措施，最終使機匣滿足設計要求，解決了大型鋁合金薄壁環形機匣復雜的變形問題，同時解決包容環芳綸纖維增強環氧樹脂基復合材料的粘接、難加工問題。

關鍵詞：變形;粘接;復合材料加工

1概述

風扇鋁合金機匣零件的加工變形無規律，在國內一直是難題，且首次將F-8H3/602芳綸纖維增強環氧樹脂基包容環（以下簡稱包容環復合材料）粘接到鋁合金風扇機匣上。包容環復合材料粘接技術、切削加工技術，在航空領域是新技術。

2 零件分析

2.1零件結構特點

風扇機匣主要采用鋁合金材料，由機匣外環、內環和靜子葉片構成。為滿足風扇機匣包容環復合材料需求，在風扇機匣內粘接包容環復合材料。

風扇機匣零件直徑尺寸大，尺寸及技術要求見圖1，屬于大型薄壁環形機匣。

2.2零件主要材料及物理特性

2.2.1. 風扇機匣外機匣材料為鋁合金

風扇機匣外機匣零件材料牌號為2A70，材料具有密度小，耐熱性好，線膨脹系數較大特性。

2.2.2包容環復合材料

包容環復合材料，是由602環氧樹脂與芳綸纖維織物（8/3緞紋布）先制備成預浸料，再通過纏繞工藝并在熱壓罐中固化成型。

3? 零件工藝難點

風扇機匣組件包含裝配、機加工、粘接、涂覆、噴漆等工藝，工藝難點是機加工和粘接。

3.1風扇機匣加工變形

鋁合金風扇機匣外圓尺寸Ф1539.4 0 -0.31mm，壁厚尺寸4+0.3 -0.15mm，機匣剛性差，加工變形大。

3.2風扇機匣粘接包容環

在風扇機匣上粘接包容環復合材料，這種異種材料鋁合金機匣上粘接包容環復合材料的結構，粘接工藝在國內還是首次粘接，粘接性能沒有可參考的加工經驗。

3.3包容環材料機械加工

包容環復合材料，其中的纖維織物很難加工，且加工變形大，包容環加工部位有內孔、內環槽，加工刀具磨損大，對刀具材料要求高，要求刀具材料具有極高的硬度和耐磨性，且在機加工時易出現復合材料分層、撕裂、脫落、翻邊等質量問題。

4 工藝難點解決措施

4.1風扇機匣加工變形

風扇機匣為鋁合金機匣，鋁合金機匣變形主要解決措施如下：

1）采購冷脹形鍛件，減小鍛件內殘余應力。傳統工藝是鍛件毛坯提前采購，增加鍛件的自然時效時間，缺點鍛件周期長。

2）機匣加工工藝階段劃分，工藝路線劃分為粗、細、精加工階段，在精加工階段前增加熱處理，減小零件加工變形。

3）機匣加工中變形控制，加工過程中受裝夾力、切削熱、切削力等因素影響，加工過程中變形無規律。在粗、細、精加工階段采取措施：裝夾力控制在80N.M～100 N.M;對稱軸向均勻壓緊零件;零件每一工序完成后修基準面;刀具材料優先選擇高速鋼;加工中采用冷卻液。

4）加工余量的分配，粗加工時留2mm余量半精加工，留1mm余量精加工。工序中分粗、精加工工步，精加工單邊留0.3～0.5mm余量，加工順先加工內外型，最后車端面至尺寸。

通過鍛件工藝改進，機加工中裝夾方式及夾緊力控制，加工參數優化和加工余量的合理安排，解決鋁合金機匣零件加工變形大問題。

4.2包容環復合材料粘接

1） 包容環復合材料粘接參數確定

通過試片工藝試驗，摸索表面狀態、溫度等對粘接強度的影響。在陽極化下，在15℃環境固化，根據對比吹砂和陽極化的試片的粘接強度結果，陽極化試片的粘接強度較差，根據對比試片陽極化以后是否填充對粘接強度結果的影響，陽極化填充的試片粘接強度更好。選取20℃和24℃的溫度固化進行對比試驗，仍然只有吹砂后的試片粘接強度滿足要求。經過驗證，在固化時間足夠的情況下，溫度對粘接強度的影響較小，但表面狀態對粘接強度的影響較大，試片需要在吹砂表面粘接強度才能合格。

2）包容環膠層厚度確定

采用模擬件進行粘接試驗，粘接后剖切檢查， J-168 膠粘劑的膠縫無缺膠漏膠現象;膠層厚度、零件圓度等尺寸要求可通過工藝保證。

4.3包容環機加工工藝

1） 包容環加工刀具

包容環復合材料難加工，對刀具要求高，選擇具有高硬度、耐磨性好、強度高和鋒利的刀具。通過工藝試驗選擇PCD金剛石刀具，采用左右偏刀加工，刀具結構見圖2。

2）包容環加工刀具路徑

包容環復合材料中纖維材料在加工中刀具路徑選擇從上下兩端分別進刀，避免纖維未被切斷將纖維拉扯，導致分層、開裂等問題。

3）包容環加工工藝參數確定

包容環芳綸纖復合材料中的纖維織物很難加工，加工參數不合理，可產生包容環材料分層、脫落、翻邊等問題。優化后的工藝參數為v=80～100（m/min），f=0.2±0.03（mm/r），ap≤0.5mm。

包容環分層見圖3。優化后的方案加工，尺寸及技術條件滿足要求，加工后零件內型見圖4。

5 結束語

通過本次風扇機匣組件工藝攻關試驗，開展風扇鋁合金機匣加工變形控制研究、包容環復合材料粘接加工藝試驗，大型鋁合金薄壁機匣機加工圓度可控制在0.4mm以內;掌握了包容環復合材料的切削加工技術，掌握了鋁合金機匣上粘接芳綸纖維的制造工藝。

參考文獻：

[1]吳旭剛，李東崛，竇遠. 某焊接機匣加工方法探析[J].中國新技術新產品. 2021（22）：64-66

作者簡介：黃梅（1967-），女，四川瀘州人，本科，工程師 ，研究方向：機械加工