CN104439934B - 一种航空发动机包容机匣的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机包容机匣的加工方法，在加工航空发动机包容机匣时，先确定车加工的余量，再分别确定车加工及钻加工的刀具和加工参数，最后在对加工好的另加进行钳修处理，使其能够满足后续表面处理要求，完成整个包容机匣的加工。另外，本发明在钻加工后采用风冷冷却，由于包容机匣加工时为防止纤维吸入水分导致材料膨胀变形，不能使用冷却液，加工过程中使用压缩空气风冷实现干切削；本发明加工方法可有效保证零件的加工质量，保证其层间不出现分层、开裂等缺陷，完全满足零件的相关技术指标。降低零件的加工成本，减小其加工技术难度。

Description

一种航空发动机包容机匣的加工方法

技术领域

本发明属于航空设备加工技术领域，具体涉及一种航空发动机包容机匣的加工方法。

背景技术

航空发动机风扇机匣为采用内包容结构的机匣，包容机匣为树脂基芳纶纤维复合材料，由于包容机匣的尺寸基准在风扇机匣端面上，包容机匣通过粘接与钛合金机匣进行固定，尺寸精度要求较高，若包容机匣通过单件加工后与钛合金机匣粘接为一体无法保证组合后包容机匣的结构尺寸。而粘接后的组合件加工过程中一旦无法满足设计要求就无法满足正常的使用要求，由于零件结构的特殊性无法实现拆卸更换，甚至需要将零件报废，对零件加工合格率的影响巨大，极大的影响零件的加工成本和加工效率。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种加工方法简单、能够满足一定结构精度，有效的航空发动机包容机匣的加工方法，该方法能够满足设计图要求，保证零件的正常使用，本发明可以实现航空发动机包容机匣的车加工及钻孔加工，有效保证航空发动机包容机匣的尺寸精度及功能要求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1)车加工余量的确定

将除包容机匣与钛合金机匣粘接后封闭的表面按最终尺寸进行加工，其余所有非封闭表面留有能够保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均能够见光的余量；

2)车加工刀具及加工参数的确定

采用聚晶金刚石车刀或金刚石涂层车刀进行车加工，切削速度200～230m/min，进给量0.4～0.6mm/r，每刀加工深度1.0～1.2mm；

3)钻加工刀具及加工参数的确定

采用高速钢或硬质合金材料钻头进行钻加工，钻孔转速在8000～12000r/min，每次加工深度为0.4～0.6mm，分多次进行加工，并风冷冷却；

4)钳修

对包容机匣表面用刀片或砂纸进行钳修，满足后续表面处理要求，完成整个包容机匣的加工。

所述的步骤1)中，所有非封闭表面的单边按2mm～2.5mm留余量。

所述的步骤1)中，所有非封闭表面包括包容机匣的上、下端面及包容机匣的内流道。

所述的步骤2)中，车加工的具体方法是：

零件的两端面加工时刀具与纤维层间角度呈90°，需从半径较小的方向向半径较大的方向走刀；在流道面上分别由两端面向中间部位走刀。

所述的步骤3)中，钻头在结构上选用三尖两刃形式钻头。

所述的步骤3)中，钻加工的具体方法是：

钻加工深孔采用啄式钻孔法，在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段，每次进给只产生较小的切屑，且需要及时将切屑排除孔外；孔口倒角使用大前角C型锪钻，C型刃将纤维向中心切断。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在加工航空发动机包容机匣时，先确定车加工的余量，再分别确定车加工及钻加工的刀具和加工参数，最后在对加工好的另加进行钳修处理，使其能够满足后续表面处理要求，完成整个包容机匣的加工。另外，本发明在钻加工后采用风冷冷却，由于包容机匣加工时为防止纤维吸入水分导致材料膨胀变形，不能使用冷却液，加工过程中使用压缩空气风冷实现干切削；本发明加工方法可有效保证零件的加工质量，保证其层间不出现分层、开裂等缺陷，完全满足零件的相关技术指标。降低零件的加工成本，减小其加工技术难度。

进一步的，本发明包容机匣的上、下端面及包容机匣的内流道均需要预留加工余量，单边通常按2mm-2.5mm留余量，以保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均可以全部见光，满足相关尺寸要求。

进一步的，本发明聚晶金刚石车刀或金刚石涂层车刀进行车加工，金刚石刀具经得起各种纤维和叠层材料的磨损，经过特别改制的聚晶人造金刚石(PCD)焊接刀尖或金刚石涂层刀尖都具有较长的刀具寿命，可很好地满足尺寸公差和表面粗糙度的要求。可以在干加工中采用较高的切削参数并实现较少的纤维破裂，非常适合包容机匣的加工。

进一步的，本发明钻头在结构上选用三尖两刃形式钻头，三尖先将纤维层划断，两刃对孔壁起到修补的作用。

进一步的，本发明在钻加工时，深孔采用啄式钻孔法，在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段，每次进给只产生较小的切屑，且需要及时将切屑排除孔外，可有效控制孔边起毛现象。

进一步的，本发明在钻加工时，孔口倒角使用大前角C型锪钻，C型刃将纤维向中心切断，刃口锋利，与普通锪钻相比，加工质量大为提高，纤维毛边显著减小。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明：

本发明主要包括以下步骤：

(1)根据包容机匣的特点将除粘接后封闭区域外所有表面留加工余量2mm-2.5mm；

包容机匣的内表面为航空发动机风扇机匣组合件的气流通道，内型面为尺寸要求严格的斜线与圆弧光顺过渡的型面，包容机匣上转子叶片对应区域有4mm深凹槽一处，同时包容机匣的上端面有装配止口，相关尺寸基准不在包容机匣本体上，而在与之装配的钛合金机匣本体上。

根据包容机匣的结构特点及使用特点，将除包容机匣与钛合金机匣粘接后封闭的表面按最终尺寸进行加工外，其余所有非封闭表面，包括包容机匣的上、下端面及包容机匣的内流道均需要预留加工余量，单边通常按2mm-2.5mm留余量，以保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均可以全部见光，满足相关尺寸要求。

(2)将包容机匣与机匣本体粘接固定后编制数控程序在数控车床上采用聚晶人造金刚石(PCD)车刀或金刚石涂层车刀进行车加工，其中上、下端面每刀从小半径方向向大半径方向走刀，流道面分别由两端面向中间部位走刀，切削时线速度200～230m/min，进给量0.4～0.6mm/r，每刀加工深度1.0～1.2mm，车床上配备大功率抽风、除尘设备，操作工按规定佩戴劳动保护用品；

芳轮纤维是目前复合材料中机械加工最难的材料之一，选用的刀具不合适，加工后特别容易分层、起毛、开裂等缺陷。芳纶纤维复合材料的切削过程与金属的切削大不相同，其切屑并非像大多数金属那样通过剪切而形成，而是在加工过程中切断环氧树脂和折断纤维材料来形成。加工复合材料的包容机匣一般原则是，采用有足够锋利的切削刃的刀具，以便在获得较高光洁的切削效果的同时，将刀具与工件间的摩擦降到最低。

包容机匣的上、下端面及内表面均需要进行车加工，金刚石刀具经得起各种纤维和叠层材料的磨损，经过特别改制的聚晶人造金刚石(PCD)焊接刀尖或金刚石涂层刀尖都具有较长的刀具寿命，可很好地满足尺寸公差和表面粗糙度的要求。可以在干加工中采用较高的切削参数并实现较少的纤维破裂，非常适合包容机匣的加工。

具体加工时必须要考虑刀具的走刀路线，零件的两端面加工时刀具与纤维层间角度基本呈90°，需从半径较小方向向半径较大方向走刀。在流道面上时刀具与纤维层间的方向较小，接近于0°，易造成层间开裂，需要在实体面上出刀，此时必须从上、下两端面分别向中间走刀。

在包容机匣的车加工过程中采用聚晶金刚石刀片，切削速度200～230m/min，进给量0.4～0.6mm/r，每刀加工深度1.0～1.2mm。

(3)钻孔时用三尖两刃结构硬质合金钻头，啄式钻孔法加工深孔，孔口倒角使用大前角C型锪钻加工，加工参数：线速度80-120m/min，每次加工深度约0.5mm分多次进行加工；

包容机匣上孔的钻入、钻出处易产生层间剥离和毛边，孔壁表面相对粗糙。相对于基体树脂，强韧的纤维难于切断，就会在钻入时由钻头外缘转角部位向上拉出纤维，钻出时又把纤维向下拉出，包容机匣出现层间剥离现象。要达到合格的表面粗糙度就要求格外小心，以在纤维层与基体之间获得满意的切削效果。根据包容机匣使用的芳纶纤维材料的性能特点，钻孔转速在8000-12000r/min，风冷冷却。

芳纶纤维难切削，对刀具磨损严重，其加工刀具一定要特别锋利、耐磨，保证加工中少换刀。钻孔时选用高速钢或硬质合金材料钻头。结构上选用三尖两刃形式钻头，锋利的三尖先将纤维层划断，两刃对孔壁起到修补的作用。

包容机匣的上端面均匀分布有15个台阶孔，直径3.4，深度为17，同时孔口有深度1.3的直径4.6沉孔处带有一倒角，小直径深孔用三尖两刃结构硬质合金钻头，采用啄式钻孔法，在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段，每次进给只产生较小的切屑，且需要及时将切屑排除孔外，可有效控制孔边起毛现象。小孔的孔口倒角则使用大前角C型锪钻，C型刃将纤维向中心切断，刃口锋利，与普通锪钻相比，加工质量大为提高，纤维毛边显著减小。

包容机匣加工时为防止纤维吸入水分导致材料膨胀变形，不能使用冷却液，加工过程中使用压缩空气风冷实现干切削，加工过程中会产生大量的微小颗粒粉尘，需配备大功率抽风、除尘设备，且操作工须按规定佩戴口罩等劳动保护用品。

(4)对包容机匣表面用刀片或砂纸进行适当钳修，满足后续表面处理要求，完成整个包容机匣的加工。

按传统加工方式加工的包容机匣由于刀具及加工参数选取不合适，走刀路线不合理，致使包容机匣车加工后表面光洁度非常差，局部存在层间开裂现象，需要进行修补，严重偏离设计状态，无法满足设计要求。采用本发明加工方法加工风扇机匣后段组合件，选取合理的车加工刀具及加工参数，设计合适的走刀路线及加工顺序，大大提高了包容机匣车加工后的表面光洁度，避免了层间开裂问题，避免了返工返修现象，加工的零件完全满足设计要求。本发明降低了包容机匣的加工难度，保证了产品质量。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航空发动机包容机匣的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)车加工余量的确定

将包容机匣与钛合金机匣粘接后封闭的表面按最终尺寸进行加工，其余所有非封闭表面留有够保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均能够见光的余量；

2)车加工刀具及加工参数的确定

采用聚晶金刚石车刀或金刚石涂层车刀进行车加工，切削速度200～230m/min，进给量0.4～0.6mm/r，每刀加工深度1.0～1.2mm；

3)钻加工刀具及加工参数的确定

采用高速钢或硬质合金材料钻头进行钻加工，钻孔转速在8000～12000r/min，每次加工深度为0.4～0.6mm，分多次进行加工，并风冷冷却；

4)钳修

对包容机匣表面用刀片或砂纸进行钳修，满足后续表面处理要求，完成整个包容机匣的加工。

2.根据权利要求1所述的航空发动机包容机匣的加工方法，其特征在于：所述的步骤1)中，所有非封闭表面的单边按2mm～2.5mm留余量。

3.根据权利要求1所述的航空发动机包容机匣的加工方法，其特征在于：所述的步骤1)中，所有非封闭表面包括包容机匣的上、下端面及包容机匣的内流道。

4.根据权利要求1或2或3所述的航空发动机包容机匣的加工方法，其特征在于：所述的步骤2)中，车加工的具体方法是：

零件的两端面加工时刀具与纤维层间角度呈90°，需从半径较小的方向向半径较大的方向走刀；在流道面上分别由两端面向中间部位走刀。

5.根据权利要求1所述的航空发动机包容机匣的加工方法，其特征在于：所述的步骤3)中，钻头在结构上选用三尖两刃形式钻头。

6.根据权利要求1或5所述的航空发动机包容机匣的加工方法，其特征在于：所述的步骤3)中，钻加工的具体方法是：

钻加工深孔采用啄式钻孔法，在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段，每次进给只产生较小的切屑，且需要及时将切屑排除孔外；孔口倒角使用大前角C型锪钻，C型刃将纤维向中心切断。