CN111673396A - 一种航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法，包括：采用软爪装夹，半粗车扩压器外轮廓；采用软爪装夹，粗车扩压器内轮廓；通过夹具夹紧，粗车扩压器外轮廓；采用钟摆式走刀粗铣径向叶片；粗铣轴向叶片；采用夹具装夹，精车径向叶片和外圆基准；采用夹具装夹，精车内轮廓外圈区域，半精车内轮廓内圈区域；采用夹具装夹，半精车外轮廓；精车径向叶片端面；精车内轮廓；精车外轮廓；精铣径向叶片；精铣轴向叶片。通过上述加工方法，径向叶片数铣粗加工效率高，班产量提高150％，降低了零件的加工成本。减小了扩压器的变形，保证了加工质量，进而提升了扩压器合格率。

Description

一种航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法。

背景技术

伴随着世界航空产业的飞速发展，航空发动机在不断研发新机的同时，也对发动机的材料和结构特性提出了更高的要求。最新一代军用涡轴发动机扩压器采用新型设计理念，扩压器采用国产标准高温合金GH4XXX，材料去除率高达95％以上，零件直径大，跨幅长，壁厚薄，零件叶型前尾缘薄尖等设计特征，这种新型结构导致了扩压器在加工中极易产生变形，并且加工后产品内部存在应力，在自然状态下零件易发生严重变形而无法满足精度要求。

常规的扩压器加工方法大致包括以下步骤：(1)采用软爪装夹，粗车扩压器轮廓；(2)通过夹具夹紧，进一步粗车扩压器轮廓；(3)粗铣径向叶片；(4)粗铣轴向叶片；(5)采用软爪装夹，精车扩压器内轮廓；(6)采用夹具装夹，精车扩压器外轮廓；(7)精铣径向叶片；(8)精铣轴向叶片。

然而，上述加工加工方法，步骤(1)和(2)变形严重，精加工存在严重的质量隐患；步骤(3)效率低，机床占用率高，零件加工成本高；步骤(5)和(6)工序数车精加工变形严重，零件轮廓壁厚、长度尺寸易发生超差；步骤(7)工序径向叶型加工，装夹方式采用双支靠，加工过程中，零件壁薄，振刀严重，流道面0.8的粗糙度无法保证；步骤(7)和步骤(8)工序径向和轴向叶片加工，由于零件壁薄，系统刚性差，加工过程中零件变形严重，径向叶片平面度、轴向和径向轮廓度自由状态下合格率低。

综上所述，如何有效地解决航空发动机大直径薄壁扩压器合格率低等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法，该加工方法可以有效地解决航空发动机大直径薄壁扩压器合格率低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法，包括：

采用软爪装夹，半粗车扩压器外轮廓；

采用软爪装夹，粗车扩压器内轮廓；

通过夹具夹紧，粗车扩压器外轮廓；

采用钟摆式走刀粗铣径向叶片；

粗铣轴向叶片；

采用夹具装夹，精车径向叶片和外圆基准；

采用夹具装夹，精车内轮廓外圈区域，半精车内轮廓内圈区域；

采用夹具装夹，半精车外轮廓；

精车径向叶片端面；

精车内轮廓；

精车外轮廓；

精铣径向叶片；

精铣轴向叶片。

优选地，上述航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法中，所述粗铣径向叶片中，采用扩压器内缘和外缘双支靠及双压紧的方式装夹。

优选地，上述航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法中，所述精铣径向叶片具体包括：

粗铣叶盆、叶背；粗铣流道；精铣叶尖；精铣叶盆、叶背；精铣流道；叶盆、叶背高转速光刀；流道高转速光刀；径向叶片端面光刀。

优选地，上述航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法中，所述精铣轴向叶片具体包括：

粗铣叶盆、叶背；粗铣流道；精铣叶尖；精铣叶盆、叶背；精铣流道；叶盆、叶背高转速光刀。

优选地，上述航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法中，所述精铣径向叶片和所述精铣轴向叶片中，采用固定支撑和辅助支靠的方式，并在扩压器外缘的下方设置约束环，通过所述辅助支靠调节所述约束环的高度。

优选地，上述航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法中，所述采用夹具装夹具体包括：

设置夹紧作用面和辅助支靠面，且辅助支靠面与零件被支靠面平行且高度一致。

优选地，上述航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法中，所述夹紧作用面靠近对应的加工表面。

应用本发明提供的航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法，采用软爪装夹，半粗车扩压器外轮廓；采用软爪装夹，粗车扩压器内轮廓；通过夹具夹紧，粗车扩压器外轮廓；采用钟摆式走刀粗铣径向叶片；粗铣轴向叶片；采用夹具装夹，精车径向叶片和外圆基准；采用夹具装夹，精车内轮廓外圈区域，半精车内轮廓内圈区域；采用夹具装夹，半精车外轮廓；精车径向叶片端面；精车内轮廓；精车外轮廓；精铣径向叶片；精铣轴向叶片。通过上述加工方法，径向叶片数铣粗加工效率高，班产量提高150％，降低了零件的加工成本。减小了扩压器的变形，保证了加工质量，进而提升了扩压器合格率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的软爪装夹半粗车扩压器外轮廓的装夹结构示意图；

图2为图1对应的加工示意图；

图3为软爪装夹粗车扩压器内轮廓的装夹结构示意图；

图4为图3对应的加工示意图；

图5为夹具夹紧粗车扩压器外轮廓的装夹结构示意图；

图6为图5对应的加工示意图；

图7为粗铣径向叶片的装夹结构示意图；

图8为图7对应的加工示意图；

图9为粗铣轴向叶片的装夹结构示意图；

图10为图9对应的加工示意图；

图11为图10的局部放大示意图；

图12为精车径向叶片和外圆基准的装夹结构示意图；

图13为图12对应的加工示意图；

图14为精车内轮廓外圈区域、半精车内轮廓内圈区域的装夹结构示意图；

图15为图14对应的加工示意图；

图16为半精车外轮廓的装夹结构示意图；

图17为图16对应的加工示意图；

图18为精车径向叶片端面的装夹结构示意图；

图19为图18对应的加工示意图；

图20为精车内轮廓的装夹结构示意图；

图21为图20对应的加工示意图；

图22为精车外轮廓的装夹结构示意图；

图23为图22对应的加工示意图；

图24为精铣径向叶片的装夹结构示意图；

图25为图24对应的加工示意图；

图26为精铣轴向叶片的装夹结构示意图；

图27为图26对应的加工示意图；

图28为图26的局部放大示意图；

图29为半精车的装夹模具结构示意图；

图30为本发明一个具体实施例的航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法的流程示意图。

附图中标记如下：

1底板，2定位环，3插销，4衬套，5内六角圆柱头螺钉，6圆柱销，7对刀块，8六角带肩螺母，9双头螺柱，10压板，11调节支承，12六角螺母，13紧定螺钉，14圆柱销，15内六角圆柱体螺钉，16内六角圆柱头螺钉，调节螺钉17；

约束环100，支靠200，辅助支靠300，夹紧作用面400，压紧作用处500；内轮廓外圈区域Ⅰ，内轮廓内圈区域Ⅱ，叶尖01，流道02，叶背03，叶盆04。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法，以提升扩压器的合格率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图30，图30为本发明一个具体实施例的航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法的流程示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法，包括以下步骤：

S1：采用软爪装夹，半粗车扩压器外轮廓；

具体装夹位置请参阅图1，加工结构请参阅图2。

S2：采用软爪装夹，粗车扩压器内轮廓；

具体装夹位置请参阅图3，加工结构请参阅图4。

S3：通过夹具夹紧，粗车扩压器外轮廓；

具体装夹位置请参阅图5，加工结构请参阅图6。

S4：采用钟摆式走刀粗铣径向叶片；

具体装夹位置请参阅图7，采用双支靠双压紧，加工后结构请参阅图8。双支靠与双压紧如图7所示，对应扩压器内缘和外缘分别设置一组支靠和压紧结合，通过双作用紧固，即内外缘双固定，保证了加工过程工件的稳定性。需要说明的是，此处及下文提到的扩压器内缘和外缘指沿径向的外缘和内缘。与传统加工不同，钟摆式走刀过程中刀具-工件包角一直处于较小的状态，刀具在公转一周的过程中处于切削状态的时间较少，径向的切削深度从零开始逐渐增加到最大，然后再逐渐减小到零。切削力也经历着从零增大到再减小的过程。因而，加工过程中，刀具沿摆线轨迹进行切削，可以适应各种加工余量的变化，从而降低加工余量突变对刀具的破坏，特别适合难加工材料的切削加工，如高温合金，钟摆式铣削可以采用较大的轴向切削深度，从而可以替代传统加工中需要进行多次分层的情况。

S5：粗铣轴向叶片；

具体装夹位置请参阅图9，在扩压器内缘和外缘分别设置支靠200，并在内缘与支靠相对的进行压紧，也就是压紧作用处500与支靠200相对。加工结构请参阅图10。

S6：采用夹具装夹，精车径向叶片和外圆基准；

具体装夹位置请参阅图12，在扩压器的外侧设置支靠200，并在内侧与支靠200对应的进行压紧，也就是压紧作用处500与支靠200相对。加工结构请参阅图13。

S7：采用夹具装夹，精车内轮廓外圈区域，半精车内轮廓内圈区域；

具体装夹位置请参阅图14，加工结构请参阅图15。其中，内轮廓外圈区域为图15中区域Ⅰ，内轮廓内圈为图15中区域Ⅱ，该过程中可预留0.5mm余量。通过将内轮廓分为外圈区域和内圈区域分别加工，提高了加工精度，进而提升了产品质量。

S8：采用夹具装夹，半精车外轮廓；

具体装夹位置请参阅图16，在扩压器内轮廓上设置支靠200，与支靠200相对的进行夹紧，即夹紧作用处400与支靠200相对。在扩压器内轮廓的内缘设置辅助支靠300。加工结构请参阅图17。该过程中可预留0.5mm余量。

上述各步骤中采用夹具装夹，包括：设置夹紧作用面和辅助支靠面。其中，辅助支靠面与零件被支靠面平行且高度一致。如图29所示的半精车装夹模具，通过六角带肩螺母8提供辅助支撑，六角带肩螺母8的端面即为辅助支靠面，为保证辅助支靠面与零件被支靠面平行且高度一致，通过调节辅助支靠面z向平移自由度及调节辅助支靠面x，y向转动自由度实现。具体的，通过改变3个调节螺钉17的相对高度可实现对六角带肩螺母8的辅助支靠面x，y向转动自由度进行调节；同时同步改变3个调节螺钉17可实现对六角带肩螺母8的辅助支靠面z向平移自由度进行调节。从而通过调节3个调节螺钉17可实现辅助支靠面与零件被支靠面贴合。同时该结构为简化调节过程，提高结构稳定性。对不需要调节的自由度，利用定位球限制定位板x，y向平移自由度，调节螺钉与底板凹槽接触限制定位板z向转动自由度。

S9：精车径向叶片端面；

具体装夹位置请参阅图18，在扩压器内缘设置辅助支靠300，在外缘设置支靠200，与支靠200相对的进行夹紧，即夹紧作用处400与支靠200相对。加工结构请参阅图19。

S10：精车内轮廓；

具体装夹位置请参阅图20，在扩压器外轮廓设置支靠200，与支靠200相对的进行夹紧，即夹紧作用处400与支靠200相对，扩压器外轮廓内缘设置辅助支靠300。加工结构请参阅图21。

选择装夹方式的原则具体为：夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和方位上，这一原则对刚性较差的零件特别重要，可以保证零件的夹紧变形量最小；夹紧力的作用点应尽量靠近零件的加工表面，保证主要夹紧力的作用点与加工表面之间的距离最短，可有效提高零件装夹的刚性，减少加工过程中的振动。

S11：精车外轮廓；

具体装夹位置请参阅图22，在扩压器内轮廓设置支靠200，与支靠200相对的进行夹紧，即夹紧作用处400与支靠200相对，扩压器内轮廓内缘设置辅助支靠300。加工结构请参阅图23。

S12：精铣径向叶片；

具体装夹位置请参阅图24，加工结构请参阅图25。精铣径向叶片过程中，装夹采用固定支撑和辅助支靠的方式。并在扩压器外缘的下方设置约束环100，通过辅助支靠300调节约束环的高度，扩压器的内缘下方设置支靠200，与支靠200相对的进行压紧，即压紧作用处500与支靠200相对。自制约束环，通过辅助支靠调整自制约束环高度，增强薄壁扩压器整体刚性，减少加工振动，减小零件变形。如图24所示，辅助支靠300具体可以为螺杆，支靠200可以为支撑于辅助支靠300下方并支撑于扩压器内缘的支撑主体，螺杆的底端与支撑主体螺纹配合，螺杆的顶端与约束环100相抵以承托约束环100，支撑环100的顶端与扩压器的外缘接触以支撑扩压器的外缘。为了调节约束环100的高度及角度，设置多个螺杆，如设置4个或者6个螺杆，且多个螺杆沿周向均匀分布，则通过调节各螺杆可实现约束环100高度和角度的调节，以使约束环100形成的支撑面与扩压器外缘所在端面平行并可靠支撑。具体各螺杆可通过机床打表，确定高度调节。通过约束环的设置，尤其对于大直径薄壁件，增强了零件系统刚性，消除振刀现象，因而避免了振刀现象导致的振刀纹路，避免振刀纹路影响流道表面质量，保证了流道面平面度要求。

扩压器径向叶型精密铣削技术具体包括：粗铣叶盆、叶背；粗铣流道；精铣叶尖；精铣叶盆、叶背；精铣流道；叶盆、叶背高转速光刀；流道高转速光刀；径向叶片端面光刀。径向叶型细长，薄尖。精加工过程禁止采用绕圈加工径向叶片，防止叶尖卷边、崩缺，因此优先加工叶尖，保留叶盆、叶背的余量，从而达到保留零件实时刚性的目的。

S13：精铣轴向叶片。

具体装夹位置请参阅图26，在扩压器外缘的下方设置约束环100，通过辅助支靠300调节约束环的高度，扩压器的内缘下方设置支靠200，与支靠200相对的进行压紧，即压紧作用处500与支靠200相对。加工结构请参阅图27。精铣轴向叶片过程中，装夹采用固定支撑和辅助支靠的方式。并自制约束环，通过辅助支靠调整自制约束环高度，增强薄壁扩压器整体刚性，减少加工振动，减小零件变形。具体约束环的设置方式及调节方式可参考上述精铣径向叶片过程中相应装夹装置的设置，此处不再赘述。扩压器轴向叶型精密铣削技术具体包括：粗铣叶盆、叶背；粗铣流道；精铣叶尖；精铣叶盆、叶背；精铣流道；叶盆、叶背高转速光刀。

具体各装夹装置中的支撑及辅助支撑的位置具体参见相应附图中标示位置。

应用本发明提供的航空发动机大直径薄壁扩压器加工方法，径向叶片数铣粗加工效率高，班产量提高150％，降低了零件的加工成本；径向叶片和轴向叶片数铣加工，采用自制约束环，增强了零件系统刚性，完全消除了加工过程中刀具的让刀和振刀现象，避免振刀纹的产生，不仅提高了叶型轮廓度和流道面平面度的合格率，同时还提高了流道面的表面质量；数车精加工工艺改进后，保证了零件轮廓壁厚尺寸、长度尺寸合格。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种航空发动机大直径薄壁扩压器的加工方法，其特征在于，包括：

采用软爪装夹，半粗车扩压器外轮廓；

采用软爪装夹，粗车扩压器内轮廓；

通过夹具夹紧，粗车扩压器外轮廓；

采用钟摆式走刀粗铣径向叶片；

粗铣轴向叶片；

采用夹具装夹，精车径向叶片和外圆基准；

采用夹具装夹，精车内轮廓外圈区域，半精车内轮廓内圈区域；

采用夹具装夹，半精车外轮廓；

精车径向叶片端面；

精车内轮廓；

精车外轮廓；

精铣径向叶片；

精铣轴向叶片。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述粗铣径向叶片中，采用扩压器内缘和外缘双支靠及双压紧的方式装夹。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述精铣径向叶片具体包括：

粗铣叶盆、叶背；粗铣流道；精铣叶尖；精铣叶盆、叶背；精铣流道；叶盆、叶背高转速光刀；流道高转速光刀；径向叶片端面光刀。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述精铣轴向叶片具体包括：

粗铣叶盆、叶背；粗铣流道；精铣叶尖；精铣叶盆、叶背；精铣流道；叶盆、叶背高转速光刀。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述精铣径向叶片和所述精铣轴向叶片中，采用固定支撑和辅助支靠的方式，并在扩压器外缘的下方设置约束环，通过所述辅助支靠调节所述约束环的高度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的加工方法，其特征在于，所述采用夹具装夹具体包括：

设置夹紧作用面和辅助支靠面，且辅助支靠面与零件被支靠面平行且高度一致。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述夹紧作用面靠近对应的加工表面。

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