航空發(fā)動(dòng)機(jī)精密軸承座加工技術(shù)應(yīng)用

樊照遠(yuǎn)++趙冬梅++馬良++韓冰++梁娜

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件在機(jī)械加工過程中，精密軸承座類零件的合格交付一直是研制中的難題。突出技術(shù)問題是變形大，鑄件毛料質(zhì)量穩(wěn)定性差，總體工藝技術(shù)不成熟。本文參考鈦合金軸承座加工工藝路線、刀具和切削參數(shù)研究成果，研究高溫合金材料的軸承座工藝過程，為國內(nèi)高溫合金軸承座批量生產(chǎn)提供技術(shù)上的借鑒。

關(guān)鍵詞：加工變形；鑄造軸承；工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

精密軸承座是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要承力部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大，對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體運(yùn)轉(zhuǎn)壽命方面有著至關(guān)重要的作用，因此對(duì)精密軸承座的加工工藝與交付質(zhì)量有著更高要求。在各類軸承座加工過程中，鑄造類軸承座是較難加工的一類，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且余量分布不均勻，重要精密尺寸及跳動(dòng)不能保證。如何提高鑄造高溫合金材料加工效率、降低產(chǎn)品生產(chǎn)周期與成本是目前航空企業(yè)面臨的重點(diǎn)問題。本文通過開展軸承座類零件變形控制技術(shù)研究，解決軸承座加工后變形問題，達(dá)到軸承座加工后尺寸及技術(shù)條件滿足設(shè)計(jì)圖要求。提高公司軸承座類零件的鑄造、加工技術(shù)水平，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體使用性能。

1.加工難點(diǎn)分析

現(xiàn)以某項(xiàng)目的精密鑄造軸承座為例，軸承座上有供油、回油、通風(fēng)孔及三道密封環(huán)，整體壁厚較薄，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高；軸承座側(cè)面斜臺(tái)階孔延伸后與大安裝邊距離小，在銑加工和鉆孔過程中刀具易發(fā)生干涉，且懸伸長度較長，刀具產(chǎn)生振動(dòng)。

與以往研制的同類鑄件相比，在材料、結(jié)構(gòu)形式等方面差異很大。從材料方面看，以往加工軸承座材料為鈦合金，本次試驗(yàn)件為高溫合金，高溫合金鑄件相對(duì)鈦合金鑄件硬度要高，且硬度不均勻，表面硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，切削加工性差。

2.工藝改進(jìn)與參數(shù)優(yōu)化

2.1 工藝路線安排方面

從零件結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析，零件變形主要是因?yàn)殍T造余量不均勻，加工受力不均勻，精加工基準(zhǔn)面狀態(tài)不好。為解決這些問題，在工藝路線安排上采取如下方案：將鑄造不均勻部位的加工在粗加工過程完成，將精尺寸部位預(yù)留少部分余量在大部分余量加工完畢后去除。之后進(jìn)行型面及孔的加工，側(cè)面孔由于切削加工量小，且采取鏜加工方法，零件受力變形相對(duì)較小。

2.2 余量分布方面

原有工藝過程零件加工工序間余量較保守，精加工過程加工量大，雖然車加工完畢后零件合格，由于精車后進(jìn)行大部分鏜銑加工至最終形成尺寸檢驗(yàn)時(shí)，精密尺寸存在超差現(xiàn)象。為避免此種情況發(fā)生，安排加工余量時(shí)減小細(xì)車、精車加工余量。不精密的尺寸及技術(shù)要求在細(xì)車工序加工到位，精車工序僅留少部分精密表面進(jìn)行加工，減少加工量以控制加工應(yīng)力及變形。

2.3 裝夾方面

經(jīng)分析增加輔助支撐，在懸臂腔填充白石蠟的方法增加系統(tǒng)剛性。長懸臂加工部位的余量在粗、半精加工去除完畢，防止精加工后由于零件整體剛性差，產(chǎn)生加工不穩(wěn)定現(xiàn)象。大安裝邊為整環(huán)形結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較好，采用組合夾具，加工孔時(shí)增加輔助支承。小安裝邊為花邊結(jié)構(gòu)，定位不穩(wěn)定，采用鋁盤自制夾具定位。

2.4 刀具選擇方面

側(cè)面斜孔采取機(jī)械加工的方法?？紤]零件材料硬度高，針對(duì)開放面加工部位在現(xiàn)有條件選擇合適的加工刀具，確定側(cè)面斜孔及干涉部位倒角刀具方案。制訂選擇特殊的加長刀桿，減震刀具的加工方案，保證零件加工的質(zhì)量。

2.5 加工參數(shù)方面

對(duì)以往加工材料硬度及狀態(tài)分析，參照切削手冊(cè)及現(xiàn)場加工經(jīng)驗(yàn)，并在加工過程中驗(yàn)證并優(yōu)化切削參數(shù)。

2.6 走刀路線方面

加工大安裝邊孔時(shí)，在對(duì)應(yīng)下部進(jìn)行輔助支撐，同時(shí)采取階梯2-3次鉆孔的方式加工，避免一次加工切削力過大造成的變形。銑花邊時(shí)采用對(duì)稱的銑削方式，對(duì)稱切除加工余量，減少銑加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，減少由此引起的變形。

3.優(yōu)化后加工效果

（1）基準(zhǔn)面及各工序變形情況

經(jīng)優(yōu)化后，零件在精車加工前軸向基準(zhǔn)面平面度及圓周找正面跳動(dòng)均大幅度優(yōu)化，在精車后零件自由狀態(tài)與限制狀態(tài)尺寸基本保持一致，小端止口尺寸，大端止口尺寸及對(duì)應(yīng)圓周跳動(dòng)合格。

（2）斜面深孔加工

側(cè)面斜臺(tái)階孔使用整體臺(tái)階式加長刀桿，刀具選用大于100長的鉆頭與銑刀加工。在鏜加工精密孔剩余0.05余量時(shí)，按每刀0.01進(jìn)給多次，最終加工孔尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）工藝提升

基準(zhǔn)面配合及壓緊狀態(tài)前后是否變形是零件加工是否合格的關(guān)鍵，基準(zhǔn)面狀態(tài)越好，加工后的零件狀態(tài)越好。對(duì)于鑄造不均勻的表面，有鑄造硬化層，且加工余量分布不均勻，切削力相對(duì)較大且分布不均，加工中容易產(chǎn)生變形，為避免不均勻加工造成的變形，應(yīng)在精加工前將不均勻的表面去除。

結(jié)語

通過對(duì)此課題的研究，對(duì)高溫合金鑄造軸承座變形控制方面有了一定的了解，摸索出一套針對(duì)高溫合金軸承座零件的加工方案，基本上滿足零件加工需求。但在加工殘余應(yīng)力等零件變形深層原因，有待進(jìn)一步地深入研究。

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