CN110465783B - 一种航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法 - Google Patents

Abstract

航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法，采用筒形坯件，按需求的筒形外轮廓均采用车削工艺制备成筒形件，筒壁厚度留有厚度加工余量0.5毫米以上，先用0.1毫米以下直径的线切割丝过筒形件的中心轴对筒形件切割成对开的两个半筒即对开式机匣坯，两个半筒的切割面即拼装面进行精磨，精磨完成后两个半筒拼装成一个微椭圆圆筒时并起码用二个标定钢圈固定后置于大直径车床并固定在车床主轴，二个标定钢圈内衬标尺片，车削圆筒的内外表面起码1/5长度后达到预定尺寸后，再将车削部位作为固定在车床主轴再车削其它的不到4/5的圆筒长度的内外表面，使所有圆筒的长度均达到预定尺寸，最后在外型面铣加工需要的形面。

Description

一种航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机，具体涉及一种航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法。航空发动机拼装式圆筒机匣包括压气机机匣、气流涵道的外室机匣、蜗轮或蜗扇发动机的机匣。

背景技术

航空发动机拼装式圆筒机匣亦称对开式机匣，机匣是两个半筒拼装成一个圆筒；航空发动机是飞机的核心部件,而机匣整个发动机的基座，是航空发动机上的主要承力部件。航空发动机机匣多采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料。由于精度要求高，当前航空发动机机匣采用车削+铣削的方法进行加工，但两个半筒拼装成一个圆筒时在用于具有一定压力要求时，两个半筒拼装面要求有90％以上的接触面积，即接触面的平面的水平面要求极高，检验时甚至要求采用10-20微米厚的规尺是否能插入拼装面进行检验。以及要求筒的整圆度。

为了保证圆度，采用车削筒的外圆，再用线切割方法不能保证筒的整圆度，而是椭圆形。

CN107717029A的“一种对开式机匣高效铣加工工艺方法”，采用摆线铣削走刀路径，大切深、小切宽、快进给工艺参数，步骤为：高效铣刀具路径规划；采用大切深、小切宽、大进给速度方式，优化切削参数；高效铣刀具路径规划包括：选择螺旋线进刀、摆线开预加工槽的走刀路径；选择摆线往复的走刀路径；摆线之间采用圆弧过渡，避免直角转弯。该方法在航空发动机对开机匣外型面铣加工中得到应用采用摆线走刀路径、大切深、小切宽、快进给的加工方法，利用刀具刃长的优势，在对开机匣外型铣加工中应用，提高刀具利用率，在降低成本和提高加工效率方面，实现对开机匣的高效铣削，提高了加工效率。

CN 108480930 A采用的方案如下：一种低压压气机机匣的加工方法，包括以下步骤：第一步，毛坯检查：毛坯材料为D6AC高强度钢，800℃保温2-3h退火，检测毛坯工件的尺寸、表面粗糙度、以及测试拉伸强度；第二步，车基准：采用数控立车车加工毛坯工件基准，保证基准面平面度0.05mm(毫米)；第三步，旋压：先在强力数控旋压机上装夹模具，并涂抹润滑剂，之后将毛坯工件安装在模具上按设定的数控程序进行逐步旋压，得到壁厚δ及圆度控制在0.5mm以内的工件，其两端预留少量的余量用于后续的机械加工；采用拉深碗形旋轮，安装角30°，两道次旋压，第一道次旋压减薄率60％，旋压机主轴转速20r/min，进给率1mm/r；之后进行退火去应力处理，退火温度500℃，第二道次为最终旋压，旋压减薄率35％，旋压机主轴转速20r/min，进给率0.4mm/r；第四步，清洗：用丙酮将工件1表面的润滑剂及脏污清洗干净；为下一步热处理做好准备；第五步，热处理：对旋压后的工件进行调质处理,淬火：850℃，15min，油冷；回火：600℃，油冷；第六步，精车前端及后端：车加工工件的上端，安装边、止口，保证直径公差在±0.1mm以内、总高公差+0.10mm、圆周跳动自由状态下0.1mm；第七步，钻镗两端端面孔：钻两端端面螺栓过孔，保证位置度φ0.2mm，两端面角向定位精密孔，保证位置度φ0.05mm；第八步，冲压叶型槽：将模具装夹在数控冲床上，将工件安装在凹模上，利用数控冲床在工件上径向等距离冲叶型槽2并精修，保证叶型槽2位置度0.2mm，叶型槽轮廓度0.05mm；同时由钳工用砂纸去除孔口残留毛刺，但保留尖边,模具冲裁间隙0.075δmm；第九步，磁粉检测：检测工件的表面及近表面缺陷；不允许有裂纹、发纹和点状杂质；第十步，检验、入库：将工件按设计图要求进行检验，之后进行封包入库用于组件配套。但未给出整圆度好、基本无变形，两个半筒拼装的机匣制备方法的启示。

对开机匣作为航空发动机中重要的承力部件，在发动机工作时，承受气体负载和质量惯性力，还承受由温差引起的热载荷，是发动机的重要部件之一。对开机匣为整体回转结构，分为上、下半部。由机匣壁和前、后安装边构成。机匣壁为薄壁的圆锥体，其上设有安装静子叶片用的安装孔及各种不同功用的径向测试孔，外表面有增加强度的环形加强筋。设计中为了实现航空发动机减重增效，对开机匣通常采用薄壁结构，材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，导致对开机匣在实际加工中存在诸多问题，其中加工变形难以控制最为突出。

发明内容

本发明目的是，提出一种新的工艺，能够制造出整圆度好、基本无变形，两个半筒拼装面有90％以上的接触面积，即接触面的平面的水平面要求极高、质量较高且成本较低，基本无压气机漏气等情况产生的机匣(柱形外筒)。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法，采用筒形坯件，按圆筒机匣需求的筒形外轮廓车削筒形坯件，筒壁厚度留有加工余量0.5毫米以上，先用0.1毫米以下直径的线切割丝经过筒形坯件的中心轴，将筒形坯件切割成对开的两个半筒，形成对开式机匣坯件，对两个半筒的切割面进行精磨，形成拼装面，精磨完成后，将两个半筒拼装成一个微椭圆圆筒，并使用至少二个标定钢圈固定该微椭圆圆筒后，将该微椭圆圆筒置于大直径车床上并固定在车床(镗床、多轴铣床)主轴上，二个标定钢圈内衬标尺片，其中两个半筒的切割面处标定钢圈内衬的标尺片的厚度薄于垂直于切割面处标定钢圈内衬的标尺片厚度0.05-0.1毫米，用于调节拼装成一个微椭圆圆筒，此时标定钢圈轴线与车床的轴线同轴，车削微椭圆圆筒的内外表面起码1/5长度的部分达到预定尺寸后，将车削过微椭圆圆筒部位固定在车床主轴上，再车削其它的不到微椭圆圆筒4/5长度的部分的内外表面，使整个长度的微椭圆圆筒均达到预定尺寸，最后在外型面铣加工需要的形面。

设置而且摆线铣削走刀路径，大切深、小切宽、大进给速度方式，优化切削参数。选择螺旋线进刀、摆线开预加工槽的走刀路径；选择摆线往复的的走刀路径；摆线之间采用圆弧过渡，避免直角转弯。

所述优化切削参数为：线速度，100～120m/min；切深，25～30mm；切宽，0.3～0.5mm；进给量，500～800mm/min。切深等于刀具刃长，切宽等于刀具直径的3％～5％。本发明的核心是先割半筒再成型全圆筒，且将两个半筒的切割面处精磨成型，并密闭保护其切割的平滑成型面。

有益效果：本发明方法的圆筒的精度和圆度均是通过车床(也可以的镗床、多轴铣床用于铣表面)主轴旋转来实现，圆度有保证，两个半筒的切割面即拼装面进行精磨保证90％以上的密封面的面积的接触，线切割采用的细丝的直径控制可以控制切割后拼接圆筒件的变形量极小的微椭圆加工成圆筒，因为其中两个半筒的切割面处标尺片厚度薄于垂直于切割面处标尺片厚度0.05-0.1毫米，加工完成后的圆筒的质量极高，尤其是精磨面可以达到抛光级。航空发动机对开机匣筒形件完成的最后在外型面铣加工中得到应用采用摆线走刀路径、大切深、小切宽、快进给的加工方法，提高了加工效率。本发明采用筒形坯料，加工成本低，且具有较大的经济效益。

附图说明

图1是本发明对开机匣上、下半部装配图即装成圆筒机匣的结构示意图。

图2是本发明对开机匣上半部结构示意图。

图3是本发明对开机匣下半部结构示意图。

具体实施方式

如图所示，航空发动机拼装式圆筒机匣的形状上可以不是均匀直径的圆柱筒，筒上还有类似法兰盘的安装结构，圆筒机匣可能是喇叭形或中段具有部分圆台形或部分圆弧轮廓的筒形的加工方法，采用整体的筒形坯件，按需求的筒形外轮廓均采用车削工艺制备成筒形件，筒壁厚度留有厚度余量1毫米以上，先用0.1毫米以下直径的线切割丝过筒形件的中心轴对筒形件切割成对开的两个半筒，两个半筒的切割面即拼装面进行精磨，精磨完成后两个半筒拼装成一个微椭圆圆筒时并起码用二个标定钢圈(标定钢圈采用多个可以在整个圆筒机匣的长度方向均匀分布)固定后置于大直径车床并固定在车床(镗床、多轴铣床)主轴，二个标定钢圈内衬标尺片，其中两个半筒的切割面处标尺片厚度薄于垂直于切割面处标尺片厚度0.05-0.1毫米，用于调节拼装成一个圆筒时的轴线与车床的轴线同轴，车削圆筒的内外表面起码1/5长度后达到预定尺寸后，再将车削部位作为固定在车床主轴再车削其它的不到4/5的圆筒长度的内外表面，使所有圆筒的长度均达到预定尺寸，最后在外型面铣加工需要的形面。

具体工艺如下：000坯料筒的车基准：采用数控立车车加工毛坯工件基准，保证基准面平面度两端与直径均留有加工余量，100线切割筒成两个半筒即对开式机匣坯件，110车大端基准面，120半精铣水平结合面，130精研结合面，140合成整圆组装，合成整圆筒组装时采用标定钢圈结构；150车大端面基准，160半精铣零件外形，170半精车小端、大端，180分解成两半部，190车大端基准面，200精铣水平结合面，210合成整圆组装，220车大端面基准，230精铣零件外形，240车基准面，250精车零件大端、小端，260钻机匣前后安装边各孔，270钻、铣周向各孔与斜孔，280荧光检查，290组装，300喷涂，310半精车涂层面，320分解两半部、取出分隔片，330组装，340精车零件大端内圆及涂层面，350精车零件小端内圆，360最终检验。

坯料筒经旋压制备：先在强力数控旋压机上装夹模具，并涂抹润滑剂，之后将毛坯工件安装在模具上按设定的数控程序进行逐步旋压，得到壁厚δ及圆度控制在0.5mm以内的工件，清洗、热处理、对旋压后的工件进行调质处理,淬火：850℃，15min，油冷；回火：600℃。

本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

Claims (2)

1.一种航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法，其特征是，采用筒形坯件，按圆筒机匣需求的筒形外轮廓车削筒形坯件，筒壁厚度留有加工余量0.5毫米以上，先用0.1毫米以下直径的线切割丝经过筒形坯件的中心轴，将筒形坯件切割成对开的两个半筒，形成对开式机匣坯件，对两个半筒的切割面进行精磨，形成拼装面，精磨完成后，将两个半筒拼装成一个微椭圆圆筒，并使用至少二个标定钢圈固定该微椭圆圆筒后，将该微椭圆圆筒置于大直径车床上并固定在车床主轴上，二个标定钢圈内衬标尺片，其中两个半筒的切割面处标定钢圈内衬的标尺片的厚度薄于垂直于切割面处标定钢圈内衬的标尺片厚度0.05-0.1毫米，用于调节拼装成一个微椭圆圆筒，此时标定钢圈轴线与车床的轴线同轴，车削微椭圆圆筒的内外表面起码1/5长度的部分达到预定尺寸后，将车削过微椭圆圆筒部位固定在车床主轴上，再车削其它的不到微椭圆圆筒4/5长度的部分的内外表面，使整个长度的微椭圆圆筒均达到预定尺寸，最后在外型面铣加工需要的形面；

具体步骤如下：工序000筒形坯件车基准：采用数控立车车加工筒形坯件工件基准，保证基准面平面两端与直径均留有加工余量；工序100线切割筒形坯件，形成对开式机匣坯件；工序110车大端基准面；工序120半精铣水平结合面；工序130精研结合面；工序140合成微椭圆圆筒机匣整圆组装，合成微椭圆圆筒机匣的整圆组装时采用标定钢圈结构；工序150车大端面基准；工序160半精铣零件外形；工序170半精车小端、大端，180分解成两半部，工序190车大端基准面，工序200精铣水平结合面；工序210合成圆筒机匣整圆组装；工序220车圆筒机匣大端面基准；工序230精铣圆筒机匣外形；工序240车圆筒机匣基准面；工序250精车圆筒机匣大端、小端；工序260钻圆筒机匣前后安装边各孔；工序270钻、铣圆筒机匣周向各孔与斜孔；工序280荧光检查；工序290组装；工序300喷涂。

2.根据权利要求1所述的航空发动机拼装式圆筒机匣的加工方法，其特征是，筒形坯件经旋压制备：先在强力数控旋压机上装夹模具，并涂抹润滑剂，之后将毛坯筒形坯件安装在模具上按设定的数控程序进行逐步旋压，得到需求的壁厚及圆度控制在0.5mm以内的筒形坯件，对旋压后的筒形坯件进行清洗，然后进行调质处理：淬火：850℃、15min，油冷；经600℃回火。

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