針對航空發(fā)動機(jī)燃燒發(fā)生器零件的加工特征，從加工工藝安排、裝夾方式和切削工藝等方面進(jìn)行探索，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效加工，保證加工精度和表面質(zhì)量。
 

　　目前，我國航空產(chǎn)品已經(jīng)逐漸步入高密度發(fā)展期，各類航空產(chǎn)品的需求量逐年增加，迫使航空制造業(yè)產(chǎn)能必須大幅提升。由于航空產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料去除量大以及薄壁易變形等特點(diǎn)，且對零件加工精度、質(zhì)量及加工效率等具有較高的要求，所以高效加工是復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件加工的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)于航空發(fā)動機(jī)燃燒發(fā)生器零件的加工，目前沒有可供借鑒的加工經(jīng)驗(yàn)。

1. 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及材料特性

　　首先從零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度要求及材料性能等方面進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果科學(xué)合理地設(shè)計(jì)工藝方案，突破關(guān)鍵技術(shù)，確定裝夾定位方式和設(shè)計(jì)專用刀具。

　?。?）零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該零件是一種大型薄壁結(jié)構(gòu)件。零件最大直徑約480mm，高125 mm，內(nèi)孔直徑431.76+0.08+0 mm，所有直徑同軸度要求0.12mm，壁厚最薄處只有1.27mm，外型面由8個直面和4個扇形段組成，其中在直面與扇形相交處有8個圓弧凹槽，2個直 面 上 有 6 個 螺 紋 孔 、 1 個φ 25.35mm的孔和2個圓弧凹槽，其余6個直面上有2個圓形深沉孔和1個U形深凹槽，以及在內(nèi)孔側(cè)面有2處倒角。燃?xì)獍l(fā)生器零件實(shí)體如圖1所示。

圖1 零件實(shí)體圖

　　（2）精度要求：該燃?xì)獍l(fā)生器結(jié)構(gòu)件精度要求高，內(nèi)孔直徑公差0.08mm，壁厚公差0.2mm，所有直徑同軸度0.12mm，表面粗糙度值Ra＝1.6μm，孔和槽的位置度最大0.12mm，加工難度高。

　?。?）材料特性：AMS5612材料屬于耐熱耐腐蝕12Cr鋼，進(jìn)行了退火處理，硬度為39～44HRC或等效值。此類零件在高室溫時抗拉，又能在538℃下抗氧化。

2. 工藝分析

　　該燃?xì)獍l(fā)生器結(jié)構(gòu)件毛坯為圓桶形鍛件，材質(zhì)為AMS5612，屬于鋼件 ， 加工成的零件直徑大、外型面復(fù)雜、槽和孔較多且壁薄，導(dǎo)致零件剛性差；在加工過程中余量去除大且不均勻，會產(chǎn)生很大的切削力和殘余應(yīng)力，導(dǎo)致零件變形，影響加工尺寸，因此，增強(qiáng)零件的剛性和提高加工效率十分重要。

3. 工藝流程

　　根據(jù)零件的特點(diǎn)，變形要控制在一定范圍內(nèi)，才可以保證壁厚尺寸和孔槽的位置度要求，因此，按照工序集中、減少裝夾次數(shù)、先簡單后復(fù)雜以及先車后銑等原則，制定科學(xué)、合理的工藝路線。為了增強(qiáng)此零件的剛性，減少變形量，盡可能一次裝夾進(jìn)行加工，以達(dá)到技術(shù)要求。制定了如下工藝路線：毛料→粗車短端及內(nèi)孔→精車長端及內(nèi)孔→精銑外型及凹槽→精車短端→精銑鍵槽和孔→反锪倒角→銑圓弧槽→攻螺紋→檢驗(yàn)。

4. 裝夾定位

　　為了降低零件變形對加工的影響，設(shè)計(jì)制造了專用夾具，解決了這一難題。夾具原理如圖2所示。該夾具結(jié)構(gòu)利用零件內(nèi)孔和基準(zhǔn)端面進(jìn)行定位配合，有6個可以靈活滑動的滑塊、1個錐形螺母，當(dāng)螺母松開時，滑塊向夾具中心收縮，此時裝上零件，帶緊錐形螺母，滑塊自動與零件內(nèi)孔接觸并脹緊，直至滿足加工的圓度要求，就可以放心地進(jìn)行加工，壁厚也就可以得到保證了。此夾具極大地減小了變形對后續(xù)工序加工的影響，應(yīng)用在精車和銑加工上，實(shí)用性很強(qiáng)。

圖2 夾具原理圖

5. 刀具的選用及設(shè)計(jì)

　?。?）外型加工：該零件外型及凹槽加工余量大，最大處20mm，整個外型面及凹槽全部需要進(jìn)行銑加工，表面粗糙度值Ra＝1.6μm，向心平面距中心尺寸公差0.2mm，壁厚公差0.2mm。通過對零件外型加工工藝進(jìn)行研究，制定了粗銑外型（形成外型輪廓）→粗銑凹槽→精銑外型→精銑凹槽的加工順序。

　　為降低加工成本，減少對數(shù)控設(shè)備的占用和零件的變形，提高生產(chǎn)效率，粗銑外型采用目前非常先進(jìn)的“插銑”加工方式，不考慮加工精度和表面質(zhì)量，最大限度地高效去除金屬材料，縮短 加 工 時 間 。 選 用 是 肯 納 公 司φ 63mm鑲片式銑刀（見圖3），刀桿為KF2×63Z05S22W103（6刃），具有高壓內(nèi)冷功能，剛性好，經(jīng)濟(jì)性高；為減少刀具與零件之間的摩擦，提高刀具壽命，選擇7°的雙倒棱后角刀片，刀片為WOEJ130713SRGD KCPK30，最大切削深度可達(dá)7mm，1把刀就可完成外型粗加工。為提高加工效率，走刀時幾乎采用滿切寬進(jìn)行切削，進(jìn)給量f＝0.15mm/z，進(jìn)給速度為900mm/min，轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000r/min。

圖3 插銑刀圖

圖4 外形加工圖

　　如圖4所示，“插銑”時刀具只承受軸向力，主軸的功率完全作用在工件上，刀具的進(jìn)給量一致，加工時切削穩(wěn)定性好，同時高速切削零件受力小，變形量相對傳統(tǒng)加工方式減小20%以上，加工效率與以往傳統(tǒng)加工方式相比提高了3～5倍（見表1）。

　　粗銑給精銑留1mm的加工余量。為保證最終表面質(zhì)量，精銑要求采用鑲合金條刀具（見圖5），使用順銑加工方式，以降低切削力。鑲齒合金銑刀的加工質(zhì)量比普通刀具好很多（見表2）。

圖5 鑲齒合金銑刀

　?。?）徑向孔和槽加工：在燃?xì)獍l(fā)生器零件外型上分布有φ25.4mm、φ23.6mm、φ4.2mm及φ5.5mm的孔和鍵槽，公差大多為0.1mm左右，向心平面距中心尺寸公差0.1mm，表面粗糙度值Ra＝1.6μm，只能安排在臥式加工中心上進(jìn)行加工（見圖6）。

圖6 徑向孔和槽的加工

　　對于平面，使用先進(jìn)的帶有修光刃的盤銑刀進(jìn)行加工，修光刃的刀尖在允許的最大范圍內(nèi)做成接近橢圓形，刀尖加長，負(fù)偏角減小，實(shí)現(xiàn)長刃切削。刀尖在刀盤側(cè)面上凸出，用刀尖切削，而修光刃鑲嵌在刀盤側(cè)面，用線切削，并且在圓周方向（徑向）相對其他刀片略收縮0.02～0.03mm，以在粗加工時不參與切削；在端面（側(cè)面）上高于其他刀片0.10～0.20mm，以實(shí)現(xiàn)修光。選擇伊斯卡刀具SOF458/16-D080-07-27R，刀片S845SNMU1305ANR-MM（IC808）和S845SNHU1305AN-N-W（IC808），并與強(qiáng)力刀柄配合，提供可靠的高速加工性能（見圖7）。

圖7 盤銑刀實(shí)體圖

　　φ 23.6mm×12mm的沉孔共12個，加工時余量大，使用傳統(tǒng)的加工方法效率低、成本高。粗加工采用先進(jìn)加工方法使用的淺孔U鉆代替，使用可轉(zhuǎn)位刀片，加工尺寸比較穩(wěn)定，能提高工效6～7倍。根據(jù)加工機(jī)床功率以及零件材質(zhì)，選用伊斯卡U 鉆刀桿DR220-044-25-07-2D-N，刀片SOMX 070305-DT（IC908），如圖8所示。

圖8 U鉆

　　沉孔精銑和鍵槽采用螺旋銑加工方式，使用立方氮化硼涂層銑刀（見圖9）進(jìn)行高速加工，涂層的化學(xué)惰性可以降低摩擦損耗；其低熱擴(kuò)散性可降低基體熱負(fù)荷，其高強(qiáng)度可降低摩擦損耗、降低黏結(jié)磨損；去除余量大，加工成本低，并且加工后的尺寸穩(wěn)定，表面質(zhì)量良好，為今后孔和槽的加工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

圖9 涂層銑刀

　　徑向孔和槽的加工由于采用了新技術(shù)、新工藝，且加工參數(shù)得到了優(yōu)化，加工效率提高了2～3倍（見表3）。

　　（3）反锪倒角加工：在零件內(nèi)孔側(cè)面有兩處徑向孔的倒角，刀具無法直接進(jìn)入進(jìn)行加工，采用其他方式加工成本高。因此專門設(shè)計(jì)制造了刀頭與刀桿分體式刀具，使用時先將刀桿通過孔由外向里伸入零件一定距離，在內(nèi)孔伸出的部分裝上刀頭，順時針旋轉(zhuǎn)刀頭，刀桿頭部凸起將擋住刀頭，不會脫落，當(dāng)機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn) 起 來 時 ， 受 刀 具 切 削 力 的 影響，刀頭與刀桿會牢牢地鎖在一起，進(jìn)行正常切削，加工后取下刀頭，再取出刀桿，操作簡單，易于掌握。加工示意圖如圖10所示。

圖10 反锪倒角加工示意圖

6. 結(jié)語

　　通過對航空發(fā)動機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器結(jié)構(gòu)件加工工藝的研究，合理安排工藝流程，采取有效的工藝措施，使用專用夾具，采用高效加工方法，優(yōu)化數(shù)控加工程序，控制了變形對零件加工的影響，提高了零件的加工效率，降低了加工成本。該研究項(xiàng)目為今后同類零件和其他零件的工藝研發(fā)提供了技術(shù)儲備，實(shí)用價值很大。

　　本篇文章發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2016年第06期，32頁 。金屬加工版權(quán)所有。