CN109531158B - 用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法，包括以下关键步骤：合理设计毛坯结构，增加工艺凸台作为零件机械加工基准；合理设计零件加工工艺路线和工艺方法；根据零件结构特点和材料特性选则合适的设备和刀具；合理规划零件走刀轨迹策略；选取合适的切削参数。本发明的应用，有效地解决难加工材料高温合金GH625异型接头加工效率低、加工质量差的问题，节省工装，降低了生产成本。

Description

用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法

技术领域

本发明涉及难加工材料异型接头的一体化加工方法，特别提供一种用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法。

背景技术

异型接头零件在发动机中起到连接作用，数量众多，结构复杂，其加工精度直接影响加力总管的焊接质量。该零件属于带安装边的三通接头结构，零件毛坯为模锻件，材料为难加工的镍基高温合金GH625，加工时刀具磨损严重，安装边质量难以保证；由于第三端接头与安装边法线方向成111°和72°夹角，锐角R形状复杂，采用普通的车、铣加工方法会形成台阶，无法满足设计要求；且传统方法工装数量多，加工周期长，生产成本高。

该领域技术人员亟需一种提高加工质量、提高加工效率、节省工装、降低生产成本的异型接头一体化加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种难加工材料异型接头的一体化加工方法。

本发明所述用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法，其特征在于：

在安装边右侧轴向接头13上增加工艺凸台作为零件机械加工基准，右侧轴向接头13和左侧轴向接头14采用车削加工，第三端接头12与安装边上下表面采用铣削加工；

零件的工艺路线为：模锻件→车工艺凸台→车工艺凸台端面→铣加工全部→车没有工艺凸台的另一端端面→检验；

使用四坐标立式加工中心的可转A轴安装三爪卡盘，直接装夹工艺凸台1，找正异型接头轴向接头内孔，通过旋转A轴至3个工作位置，实现一次装夹完成全部铣加工。

本发明所述异型接头为带安装边的三通接头结构(如图1所示)，零件毛坯为模锻件，零件材料为高温合金GH625。

本发明所述零件加工工艺方法特点为：采用毛料预留工艺凸台的方法，将铣第三端平面、铣安装边背面、车或铣第三端接头、线切割安装边侧面、打磨凸台、钻孔等多道工序合并，同时，将非夹持端的车削工序安排在铣加工之前，降低悬臂结构对零件加工质量的影响。

本发根据不同加工面采用不同型号的刀具，安装边平面2和第三端接头12的端面采用端刃进行铣削，选择Φ20R3的立铣刀，锐角R处选择Φ6R3 的球刀；

本发合理规划零件走刀策略，具体包括如下步骤：

铣安装边平面、侧面、钻孔：将零件安装边平面置于水平位置，同时将此位置设为A轴0°。由于零件安装边侧面、安装孔均垂直于安装边平面，故使用立铣刀端刃铣安装边正面和安装孔，使用侧刃铣安装边侧面，加工示意图如图3所示，加工顺序为：铣安装边平面2→铣安装边侧面3→钻安装边孔4→倒角5；

铣第三端接头：通过数控程序将A轴逆时针旋转18°，零件置于18°位置，此时机床刀轴垂直于零件第三端端面，加工顺序为：铣第三端端面6→粗铣第三端端面7→精铣第三端端面7→钻第三端孔8→铣第三端沉头孔9；

铣背面：通过数控程序旋转A轴，将零件置于180°位置，第一安装边背面10、第二安装边背面11向上且垂直于刀轴；待加工区域为矩形平面，编制直线插补程序即可完成加工。

本发明选取合适的切削参数如下表所示：

表1铣安装边平面工艺参数

表2铣第三端接头工艺参数

表3铣安装边背面工艺参数

本发明的有益效果为：

表4本方案与原始方案加工时间、工装数量对比

最终经检测，采用本发明所述方法加工的零件，其尺寸精度、位置精度、表面粗糙度均满足设计要求，采用该种方法的零件加工时间由6小时缩减至2小时，加工效率提高了67％，共节省了4套工装。

接头零件在航空发动机主燃总管和加力总管上应用众多，该方法可用于航空发动机异型接头的加工制造，通过合理的设计工艺路线，规划走刀轨迹，预留工艺凸台，在一次装夹过程中，完成铣安装边正反侧面、钻孔、铣第三端接头等多个部位的加工，保证零件尺寸精度的同时避免生成多余刀轨，有效地解决难加工材料高温合金GH625异型接头加工效率低、加工质量差的问题，节省工装，降低了生产成本。

附图说明

图1为零件结构示意图。

图2为增加工艺凸台的毛坯结构。

图3为铣安装边平面加工示意图。

图4为铣安装边平面刀轨。

图5为铣安装边侧面、钻孔刀轨。

图6为铣第三端接头加工示意图。

图7为粗铣第三端接头刀轨。

图8为精铣第三端接头刀轨。

图9为铣背面加工示意图。

图10为铣背面刀轨。

图中：1-工艺凸台；2-安装边平面；3-安装边侧面；4-安装边孔；5-倒角；6-第三端端面；7-第三端侧面；8-第三端孔；9-第三端沉头孔；10-第一安装边背面；11-第二安装边背面；12-第三端接头；13-右侧轴向接头；14- 左侧轴向接头。

具体实施方式

实施例1

该种用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法的实施以第三端接头与安装边法线方向成72°夹角的异型接头(见图1)为例进行详细说明，主要包括以下步骤：

1)合理设计毛坯结构，增加工艺凸台作为零件机械加工基准

根据该零件结构初步选择各端接头的加工方法：轴向接头采用车削加工，第三端接头与安装边上下表面采用铣削加工。由于零件第三端接头与安装边法线方向成72°夹角，若分别铣加工第三端接头、安装边上表面、安装边下表面、线切割安装边侧面、钻安装边孔，则需设计4套工装，且工艺基准不统一，无法保证夹角的精度和安装边的厚度。在毛坯结构中设计工艺凸台，能够使多道铣加工工序基准统一，提高零件的加工精度，节约工装费用，见图2。

2)合理设计零件加工工艺路线和工艺方法

采用毛料预留工艺凸台的方法，将铣第三端平面、铣安装边背面、车或铣第三端、线切割安装边侧面、打磨凸台、钻孔等多道工序合并，同时，将非夹持端的车削工序安排在铣加工之前，可以有效降低悬臂结构对零件加工质量的影响。零件的主要工艺路线为：

模锻件→车工艺凸台→车一端→铣加工全部→车另一端→检验。

3)根据零件结构特点和材料特性选则合适的设备和刀具

使用四坐标立式加工中心的可转A轴安装三爪卡盘，直接装夹工艺凸台，找正零件轴向内孔，通过旋转A轴至3个工作位置，能够实现一次装夹完成全部铣加工的目标。

安装边平面和第三端接头的端面采用端刃进行铣削，选择Φ20R3的立铣刀能够最大程度提高零件加工效率、保证表面质量；锐角R处选择Φ6R3 的球刀，能够完全深入锐角去除余量，无需手工打磨即可满足设计要求。

4)合理规划零件走刀轨迹策略

①铣安装边平面、侧面、钻孔

将零件安装边平面置于水平位置，同时将此位置设为A轴0°。由于零件安装边侧面、安装孔均垂直于安装边平面，故使用立铣刀端刃铣安装边正面和安装孔，使用侧刃铣安装边侧面，加工示意图如图3所示，加工顺序为：铣安装边平面2→铣安装边侧面3→钻孔4→倒角5。

此工作位置的加工要点是在铣平面的基础上最大程度的为铣第三端去除余量，同时避免转接R处出现台阶影响后续加工。因此，在编制加工程序的时候需要将设计模型的转接R取消，否则生成的刀轨将会由于避让转接R而远离第三端，造成台阶的产生。选用铣刀时应该综合考虑零件质量与加工效率。走刀轨迹如图4、5所示。

②铣第三端接头

通过数控程序将A轴逆时针旋转18°，零件置于18°位置，此时机床刀轴垂直于零件第三端端面，加工顺序为：铣端面6→粗铣第三端7→精铣第三端7→钻孔8→铣孔9，加工示意图如图6所示，走刀轨迹如图7、8。

由于零件毛坯余量约为单测2mm,若采用Φ6R3的球刀去除所有余量，则加工效率较低，因此在精铣前安排粗铣程序，采用Φ20R3的立铣刀去除部分余量后，再采用Φ6R3的球刀进行精铣，由此提高零件的加工效率。

精铣第三端接头共设计了2种走刀方案，第一种方案是全部刀轨均为径向去除余量，切削深度为0.5mm～1mm；第二种方案是先采用径向刀轨分3 圈去除余量，每圈深度0.5mm，径向留0.2mm余量，然后采用轴向刀轨分层去除余量，每层深度1mm。经试验，第一种方案无论采用多大的切深，最终形成的零件表面均出现锥度，无法保证设计尺寸，而第二种方案则能满足设计要求。分析得出：由于该零件材料为难加工的镍基高温合金GH625, 第一种方案主要采用侧刃去除余量，参与切削的刃长为8mm，切削力较大，且刀具直径较小，切削过程让刀严重，因此出现锥度；第二种方案先采用侧刃去除余量，然后采用侧刃和底刃同时参与切削，切削力小且加工效率高，因此最终能够保证设计要求。本专利提出的一体化加工方法最终采用了第二种精铣方案。

③铣背面

通过数控程序旋转A轴，将零件置于180°位置，第一安装边背面10、第二安装边背面11向上且垂直于刀轴。加工示意图如图9示，待加工区域为矩形平面，编制直线插补程序即可完成加工。走刀轨迹如图10。

5)选取合适的切削参数。

由于整个铣削加工过程为悬臂结构，且材料为难加工的镍基高温合金 GH625,为防止零件震颤和刀具让刀，应该尽量增加夹持量，严格控制切削参数。

表5铣安装边平面工艺参数

表6铣第三端接头工艺参数

表7铣安装边背面工艺参数

最终经检测，零件的尺寸精度、位置精度、表面粗糙度均满足设计要求，采用该种用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法的零件加工时间由6小时缩减至2小时，加工效率提高了67％，共节省了4套工装。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法，其特征在于：

在安装边右侧轴向接头(13)上增加工艺凸台作为零件机械加工基准，右侧轴向接头(13)和左侧轴向接头(14)采用车削加工，第三端接头(12)与安装边上下表面采用铣削加工；

零件的工艺路线为：模锻件→车工艺凸台→车工艺凸台端面→铣加工全部→车没有工艺凸台的另一端端面→检验；

使用四坐标立式加工中心的可转A轴安装三爪卡盘，直接装夹工艺凸台(1)，找正左侧轴向接头(14)的内孔位置，通过旋转A轴至3个工作位置，实现一次装夹完成全部铣加工；

所述异型接头为带安装边的三通接头结构，零件毛坯为模锻件，零件材料为高温合金GH625；

走刀策略为：

1)、铣安装边平面(2)、安装边侧面(3)、钻安装边孔：将零件安装边平面置于水平位置，同时将此位置设为A轴0°，使用立铣刀端刃铣安装边平面(2)和安装边孔(4)，使用侧刃铣安装边侧面，加工顺序为：铣安装边平面(2)→铣安装边侧面(3)→钻安装边孔(4)→倒角(5)；

2)、铣第三端接头：将A轴逆时针旋转18°，零件置于18°位置，此时机床刀轴垂直于零件第三端端面，加工顺序为：铣端面(6)→粗铣第三端侧面(7)→精铣第三端侧面(7)→钻第三端孔(8)→铣第三端沉头孔(9)；

3)、铣背面：旋转A轴，将零件置于180°位置，第一安装边背面(10)、第二安装边背面(11)向上且垂直于刀轴；待加工区域为矩形平面，编制直线插补程序即可完成加工；

铣安装边平面时，切削参数如下：

铣安装边平面(2)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝10-20mm/min，p＝0.5/1.5/1/0.2；

铣安装边侧面(3)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝10-20mm/min，p＝2mm×1；

钻安装边孔(4)工序所用刀具为

切削参数为，S＝1000-1200r/min，F＝500-600mm/mim；

倒角(5)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝300-400mm/mim；

铣第三端时，切削参数如下：

铣第三端端面(6)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝10-20mm/min，p＝2mm×1；

粗铣第三端接头(12)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝10-20mm/min；

精铣第三端侧面(7)径向工序所用刀具为

切削参数为，S＝1500-2000r/min，F＝20-40mm/min，p＝0.5mm×3；

精铣第三端侧面(7)轴向工序所用刀具为

切削参数为，S＝1500-2000r/min，F＝20-40mm/min，p＝1mm×8；

钻第三端孔(8)工序所用刀具为

切削参数为，S＝1000-2000r/min，F＝500-6000mm/min；

铣第三端沉头孔(9)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝300-400mm/min；

铣第一安装边背面(10)、第二安装边背面(11)时，切削参数如下：

铣第一安装边背面(10)、第二安装边背面(11)工序所用刀具为

切削参数为，S＝500-600r/min，F＝10-20mm/min，p＝1.5/1.3/0.2mm。

2.按照权利要求1所述用于航空发动机加力燃油总管的异型接头一体化加工方法，其特征在于，根据不同加工面采用不同规格的刀具，安装边平面(2)和第三端接头(12)的端面采用端刃进行铣削，选择Φ20R3的立铣刀，锐角R处选择Φ6R3的球刀。

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