大型薄壁整體環(huán)形火焰筒加工工藝的研究

張春華 程衛(wèi)祥 陳亞莉

（1、中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043；2、駐中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043）

1 零件結(jié)構(gòu)

火焰筒外環(huán)是發(fā)動機(jī)燃燒室的組成部件，由5段型面呈錐度組成的薄壁環(huán)形件 (見圖1)，小端直徑φ650，大端直徑φ820，高度210。此材料屬于變形高溫合金類，是主要用鉻和鉬固溶強(qiáng)化的一種含鐵量較高的鎳基高溫合金，熱導(dǎo)率很低，切削加工時塑性變形大，加工具有極高難度。

2 工藝路線確定

從零件設(shè)計結(jié)構(gòu)（見圖1）分析，該件加工涉及到數(shù)控車型面、數(shù)控鏜銑、激光打孔、電火花打孔等工序。

由于毛料性質(zhì)決定，此零件應(yīng)先進(jìn)行粗車與粗銑凸臺，粗加工去除大部分余量后，安排穩(wěn)定處理消除應(yīng)力工序，熱處理后及半精車前安排了修復(fù)基準(zhǔn)面工序，以減少機(jī)匣變形；同時該件的裝夾定位性不好，需預(yù)留工藝邊方便后續(xù)精車、精銑、電加工孔工序的裝夾；零件徑向有400處φ5.5～φ27.5電嘴孔、主燃孔、摻混孔、瓦片安裝定位孔與長圓形浮動瓦片安裝孔。如機(jī)械加工這些相對較大的孔，因零件壁薄受力大會導(dǎo)致變形嚴(yán)重，安排了激光粗打孔，再由加工中心精鏜孔；對7000余個φ1.2～φ1.8徑向沖擊冷卻孔采用了電火花加工，最后確定了如下工藝路線：粗車→粗銑8處凸臺→穩(wěn)定處理→修復(fù)基準(zhǔn)→半精車→半精銑8處凸臺→精車型面→精銑凸臺及鏜孔→激光打大孔→精鏜大孔→電火花打沖擊孔→車工藝邊→最終檢驗。

3 精車型面的加工工藝

精車型面是此件研制加工的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。由于零件壁薄、剛性差、車削型面長，加工過程中零件實時變形，讓刀現(xiàn)象非常嚴(yán)重，導(dǎo)致沿型面壁厚尺寸不均、表面振紋情況發(fā)生。

圖1 火焰筒外環(huán)局部效果圖

圖2 精車型面走刀路線

通常一道工序在車加工中首先是去除端面余量，然后再進(jìn)行車內(nèi)、外表面的加工，但對于高溫合金材料的薄壁機(jī)匣按這種方法進(jìn)行加工時，機(jī)匣變形很大，端面變形嚴(yán)重，在加工端面時應(yīng)將端面留0.5mm的余量；大端槽比較深（寬、深約3mm），扎槽時零件變形大，應(yīng)先粗扎槽；再采用內(nèi)外循環(huán)均勻去除機(jī)匣內(nèi)外表面的余量；最后再對端面進(jìn)行車加工；由于零件下部（小端）剛性較好，因此整個切削過程均為由大端至小端。

3.1 精車型面：

刀具：采用通用R0.8機(jī)夾偏刀。

走刀路線見圖2：

步驟1：按工步①平端面，去除部分余量，留0.5余量，為后面零件變形修復(fù)端面?zhèn)溆谩?/p>

步驟 2：按工步②、③車外型面第 1、2、3、4段，徑向方向上單邊留0.3余量。

說明：為防零件振動，制做了8個角度與零件吻合的楔塊，起到支撐內(nèi)壁作用，用壓板壓在楔塊上，在加工外壁時零件振動通過楔塊而消除。

步驟3：按工步④車大端內(nèi)徑，徑向方向上單邊留0.3余量。

步驟4：按工步⑤粗扎槽，徑向方向上單邊留0.3余量。

說明：由于零件軸向較高，槽位于上部，粗扎槽去余量大，零件振動造成尺寸超差及表面波紋，因此在第1、2段外壁纏上膠皮。

步驟5：按工步⑥、⑦、⑧車內(nèi)型面，徑向方向上單邊留0.3余量。

說明：仍然在第1、2段外壁纏上膠皮。

步驟6：按工步①車去端面余量0.3，車去端面變形，留0.2余量。

步驟 7：按工步②、③精車外型面第1、2、3、4段，將0.3余量分配為0.2、0.1兩次走刀，保證最終尺寸。

說明：仍然采用8個楔塊做內(nèi)支撐，每段車完成0.2余量時更換新刀片，車掉剩余的0.1余量，避免振紋，保證壁厚尺寸均勻。

步驟8：按工步④、⑤精車內(nèi)徑及槽，車去徑向方向上的單邊0.3余量，窄槽反復(fù)上刀，修正振動產(chǎn)生的波紋。

步驟9：按工步⑥、⑦、⑧精車內(nèi)型面，保證壁厚尺寸 1.2±0.05。

步驟10：按工步⑨精車第5段外型面，保證壁厚尺寸 1.2±0.05。

步驟11：按工步①將端面尺寸加工到位，車去剩余0.2余量，保證平面度。

3.2 數(shù)控車加工切削參數(shù)的選擇

通過對零件的試驗加工，總結(jié)出以下的切削參數(shù)較適合此類零件、此種材料（GH3536）的數(shù)控車加工：

型面車加工：n=35r/min

槽車加工：n=15r/min

8處凸臺斷續(xù)車加工：n=8r/min

4 火焰筒支撐銷孔座的加工工藝

火焰筒外環(huán)前端8處火焰筒支撐銷孔座，分別用五坐標(biāo)加工中心φ10棒銑刀粗銑削、φ10球銑刀以對稱銑削方式精銑削完成。即以對稱兩處的環(huán)帶、銷孔座為一組加工，完成后再轉(zhuǎn)角度依次加工其余對稱三組。加工刀路例，見圖4、圖5：

5 大孔的加工工藝

圖4 銑削環(huán)帶刀路效果圖

圖5 銑削支撐銷孔座局部效果圖

零件徑向有2處φ27.5電嘴孔、48處φ18.5主燃孔、48處φ14.7摻混孔，1處φ15.5射流噴嘴孔、60處φ5.5瓦片安裝定位孔、120處φ5.5長圓形浮動瓦片安裝孔、120處φ6.5長圓形浮動瓦片安裝孔，如機(jī)械加工這些相對較大的孔，應(yīng)采用激光粗打孔減少零件變形，再由四坐標(biāo)加工中心精鏜孔。打孔時由小到大，對于數(shù)量大的分成若干組并且對稱加工。

6 沖擊孔的加工工藝

發(fā)動機(jī)為具有更好的冷卻性能，在火焰筒外壁上設(shè)計了上千個直徑在φ1.2～φ1.8、位置度φ0.3的徑向沖擊冷卻孔，這些小孔采用電加工的方法。

零件沖擊孔在5段外壁上分布（見圖1），每段有12組，加工中為減少積累誤差，每組沖擊孔均以已經(jīng)鏜加工完成的安裝定位孔為角向定位加工，確保沖擊孔與浮動瓦片裝配時的對應(yīng)性。

結(jié)語

通過對此課題的研制，對大型薄壁件的加工工藝有了更系統(tǒng)化的分析，包括工藝路線的安排、余量的分布、以及利用UG軟件編制循環(huán)程序等，同時掌握了此類零件的數(shù)控加工方法和該類材料數(shù)控切削參數(shù)的選擇。此次研制加工的成功，也為其它新型號薄壁機(jī)匣類整體環(huán)形火焰筒的數(shù)控加工，打下了良好的基礎(chǔ)。

參數(shù)文獻(xiàn)

[1]中國航空材料手冊[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[2]金屬切削手冊[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社.