CN112091544B - 一种带斜度薄壁承力环的加工方法 - Google Patents

一种带斜度薄壁承力环的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带斜度薄壁承力环的加工方法，包括依次进行的毛坯检查、粗车大端、粗车小端、粗铣外型轮廓、钻端面角向定位孔、粗车大端及内型面、真空热处理去应力、修基准、精车大端及内型面、精车小端、钻侧面角向定位孔、精铣外型面、去毛刺、清洗、荧光检查、清洗、标印和三坐标检测。采用本发明的带斜度承力环的加工方法，承力环变形小、加工精度高、效率高且容易加工。

Description

一种带斜度薄壁承力环的加工方法
技术领域
本发明属于航空发动机制造技术领域，具体涉及一种带斜度薄壁承力环的加工方法。
背景技术
航空发动机承力环作为加力筒体机匣、扩散器等部件的重要承力零件，其结构复杂，对壁厚尺寸加工精度以及表面加工完整性要求非常高，其制造质量对于发动机的可靠性、安全性具有重要影响。
图2是一种采用钛合金材料制成的航空发动机承力环，其呈网状薄壁环状结构，一端为倾斜结构，称为大端，其轴线与发动机轴线夹角为Q度，内孔直径为
Figure BDA0002683108410000011
圆柱面，另一端内型为
Figure BDA0002683108410000012
内球面，其轴线与发动机轴线重合，口部直径略小，称为小端；承力环的外部型面上分布花边1、凸台2、凹槽3、加强筋5等结构；
由于承力环最大外径达
Figure BDA0002683108410000013
最薄厚度只有1mm，加工时塑性变形大，承力环在加工过程中容易受到装夹力、切削力和机械加工过程中产生的残余应力等影响而导致变形，因此多年以来带斜度薄壁承力环一直是航空发动机制造领域加工难度最大的零件之一。随着航空发动机对承力环要求的不断提高，现有的承力环加工方法已难以满足带斜度承力环的加工要求，加工变形大，加工精度低，且制造周期长、加工难度大。
发明内容
针对现有承力环加工方法存在变形大、加工精度低、制造周期长、加工难度大的问题，本发明旨在提供一种带斜度承力环的加工方法，目标是实现承力环加工变形小、加工精度高、效率高且容易加工。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
一种带斜度承力环的加工方法，包括以下步骤：
步骤1、毛坯尺寸检查：毛坯为II类锻件，双重退火，粗加工，对环形毛料尺寸进行测量，确保各个加工面上留有余量，检查毛坯表面质量无缺陷；
步骤2、粗车大端：支靠承力环的C面，以内孔A面定位，同时压紧B面，车加工去除毛坯一端大部分余量，同时为半精车和精车工序留出均匀余量；
步骤3、粗车小端：支靠承力环的B面，以步骤二中加工外圆面E定位，同时压紧F面，加工小端C面后，然后从承力环内侧加压板压紧C面，拆除F面上的压板，再加工小端外部结构，同时为半精车和精车工序留出均匀余量；
步骤4、粗铣外型轮廓：装夹方式与步骤3相同，粗铣承力环外型面；
步骤5、钻端面角向定位孔：承力环装夹方式与步骤4相同，在承力环端面上钻精密孔作为下道工序的角向定位孔；
步骤6、粗车大端及内型面：将承力环装夹在第一夹具上，装夹时采用与端面角向定位孔配合的销子固定承力环角向位置(即装夹时采用销子配合承力环端面角向定位孔固定承力环的角向位置)，支靠承力环F面，以承力环外圆G定位，同时压紧H面，粗车承力环大端端面及内型面；
步骤7、真空热处理去应力；
步骤8、修基准：支靠承力环K面，以外圆G面定位，同时压紧J面，将承力环小端去除少量余量，同时修正端面，保证端面的平面度；
步骤9、精车大端及内型面：承力环装夹方式与步骤6相同，对承力环大端面D及内型面进行精车加工，达到设计图纸要求尺寸；
步骤10、精车小端：支靠承力环K面，以承力环小端内球面L定位，同时压紧承力环J面，对承力环小端面进行精车加工，达到设计图纸要求尺寸；
步骤11、钻侧面角向定位孔，承力环装夹方式与步骤10相同，对承力环侧面上钻精密孔作为下道工序的角向定位孔；
步骤12、精铣外型面：将承力环装夹在第二夹具上，装夹时采用与角向定位孔配合的销子固定承力环角向位置(即装夹时采用与侧面角向定位孔配合的销子固定承力环角向位置)，支靠承力环的大端斜面M面，辅助涨紧内圆面(定位)，压紧小端端面的顶面，先精铣中间凹槽，再精铣外型花边、凸台和螺旋加强筋，达到设计图纸要求尺寸；
步骤13、去毛刺：去除机加表面毛刺；
步骤14、清洗：用航空清洗剂清洗承力环并用压缩空气吹干；
步骤15、荧光检查；
步骤16、清洗：用航空清洗剂清洗承力环并用压缩空气吹干；
步骤17、标印：按设计要求在指定位置对承力环进行振动法标印承力环信息；
步骤18、对承力环进行三坐标检测，看是否满足机匣的设计要求。
优选的，上述步骤中采用下述方案：
步骤2、步骤3中，粗车大端和粗车小端预留的余量如下：外型(圆)面在直径上留4mm余量，承力环两端各留2mm余量。
步骤4中，粗铣外形轮廓预留的余量要求满足：凹槽侧面及底面各留2mm余量。
步骤5中，所述端面角向定位孔的直径为6mm。
步骤6中，粗车大端及内型面预留的余量如下：端面留2mm余量，内型面直径留4mm余量。
步骤8中，将承力环端面去除1mm余量，外圆面直径去除2mm余量。
步骤11中，所述侧面角向定位孔的直径为5mm。
与现有加工技术相比，本发明具备以下优势：
(1)采用本发明的方法，在承力环上钻两个角向孔，从而方便后续粗车、精车和精铣加工时对承力环进行装夹，使装夹更精确，加工效率更高，并且通过在粗铣外形后进行粗车斜面，承力环各表面留余量一致，然后进行去应力处理，在应力释放后再进行精加工工序，使得机匣加工变形小、加工精度大大提高，各尺寸满足设计要求。
(2)采用本发明的粗加工→半精加工→精加工搭配带斜度辅助涨紧夹具的工艺方法降低加工难度，增强承力环刚度，消除加工中的震动，降低刀具磨损，刀具使用寿命提高了一倍，提高了设备率用率，降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明中需要加工的一种带斜度薄壁承立环的俯视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明所用毛坯的主剖视图；
图4为本发明粗车大端示意图；
图5为本发明粗车小端示意图；
图6为本发明粗铣外形的俯视图；
图7为本发明钻角向定位孔示意图；
图8为本发明粗车大端及内型面示意图；
图9为本发明修小端基准示意图；
图10为本发明精车大端及内型面示意图；
图11为本发明精车小端示意图；
图12为本发明钻侧面角向定位孔示意图；
图13为本发明精铣外型面示意图；
图14为本发明第一夹具结构主剖视图；
图15为本发明第二夹具结构俯视图；
图16为图15中的B-B剖视图；
其中：1—花边；2—凸台；3—凹槽；4—端面角向孔；5—加强筋；6—侧面角向孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明：
请参考附图1～图16，本实施例中带斜度薄壁承力环的加工方法，包括以下步骤：
步骤1、毛坯尺寸检查：毛坯为II类锻件，双重退火，粗加工，对环形毛料尺寸进行测量，确保各个加工面上留有余量，不应出现夹渣、裂缝、缺损等锻造缺陷，毛坯机构如图3所示，图3中剖面线内部承力环形状代表承立环成品形状；
步骤2、粗车大端：在数控立车上，支靠承力环的C面，以内孔A面定位，同时压紧B面，车加工去除毛坯一端大部分余量，如图4中粗线条部分所示，粗车大端，为半精车和精车工序留出均匀余量，具体为，大端外圆E在直径上留4mm余量，端面D留2mm余量；
步骤3、粗车小端：支靠承力环的B面，以步骤2中加工外圆面E定位，同时压紧F面，加工小端C面后，然后从承力环内侧加压板压紧C面，拆除F面上的压板，再加工小端外部结构，如图5中粗线条部分所示，外圆面直径留4mm余量，端面留2mm余量；
步骤4、粗铣外型轮廓：装夹方式与步骤3相同，粗铣承力环外型面，如图6中粗线条部分所示，上下面及底面各留2mm余量；
步骤5、钻角向定位孔：在承力环端面上钻直径为6mm的精密孔作为下道工序的端面角向定位孔4，如图7所示；
步骤6、粗车大端及内型面：将承力环装夹在第一夹具上，第一夹具如图14所示，包括基座，基座的上表面为一斜面，匹配承力环的斜度，基座中心有一通孔，用于插入承力环的一端，基座上设置有压板、螺钉、螺孔和销孔，销孔用于定位承力环的周向位置，压板配合螺钉、螺孔一方面用于压紧承力环的外环边，另一方面可以限位承力环外凸起。装夹时用一直径为6mm的销子插入端面角向定位孔4固定承力环周向位置，支靠承力环F面，以承力环外圆G定位，同时压紧H面，粗车承力环大端斜面及内型面，如图8中粗线条部分所示，具体为，内型面直径留4mm余量，大端端面留2mm余量；
步骤7、真空热处理去应力，在粗加工完成后进行去应力真空热处理，主要是基于消除粗加工阶段产生的内应力，减少粗加工中产生的误差，保证承力环精加工工序的稳定性和加工精度；
步骤8、修基准：基于时效后应力释放的变形，需要重新修正基准面，保证后面工序的装夹变形，为后工序加工提供基准面，修正小端基准端面及外圆面，支靠承力环K面，以外圆G面定位，同时压紧J面，将承力环小端端面去除1mm余量，外圆面去除2mm余量，如图9中加粗线条部分所示；
步骤9、精车大端及内型面：承力环装夹方式与步骤6相同，对承力环大端D端面及内型面进行精车加工，达到设计图纸要求尺寸，如图10中加粗线条部分所示；
步骤10、精车小端：支装夹时支靠承力环K面，以承力环小端内球面L定位，同时压紧承力环J面，对承力环小端面进行精车加工，达到设计图纸要求尺寸，如图11中加粗线条部分所示；
步骤11、钻侧面角向定位孔，承力环装夹方式与步骤10相同，对承力环侧面上钻直径为5mm的精密孔作为下道工序的侧面角向定位孔6，如图12所示；
步骤12、精铣外型面：将承力环装夹在第二夹具上，第二夹具为径向涨紧装置，包括沿径向移动的支撑杆，支撑杆通过限位块限制在支座上端面上，只能径向移动，支座中心有一根螺杆，螺杆上有锥形块和螺母，支撑杆的一端与垫块连接，垫块与承力环的内型面紧贴，支撑杆的另一端有锥形面，通过径向涨紧装置中心的螺母驱动锥形块向下移动从而推动支撑杆的锥形面实现支撑杆的径向位移，每一根支撑杆末端铰接有两块垫块，垫块上还连接有弹簧，弹簧的一端与支座连接。装夹时用一直径为5mm的销子插入侧面角向定位孔6固定承力环角向位置，支靠大端斜面M面，内圆面定位，在用可调辅助支撑装置支撑承力环的内型面，压紧小端端面，如此可防止车加工完后承力环内型面变形而导致铣加工壁厚超差；先精铣中间凹槽3，再精铣外形花边1，凸台2和加强筋5；达到设计图纸要求尺寸，如图13中加粗线条部分所示；
步骤13、去毛刺：去除机加表面毛刺；
步骤14、清洗：用航空清洗剂FDS166清洗承力环并用压缩空气吹干；
步骤15、荧光检查：检查承力环加工面是否有裂纹等缺陷，荧光检验按HB/Z61-1998进行，按GJB5854-2006 B级验收；
步骤16、清洗：用航空清洗剂FDS166清洗承力环并用压缩空气吹干；
步骤17、标印：按设计要求在指定位置对承力环进行振动法标印零件号-批产号-顺序号；
步骤18、对零件进行三坐标检测，看是否满足机匣的设计要求。
以上是本发明的实施方式之一，对于本领域的一般技术人员在上述实施案例的基础上可以做出多种变化，同样能够实现本发明的目的，但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：包括，
步骤1，粗车大端：支靠承力环的C面，以内孔A面定位，同时压紧B面，车加工去除毛坯一端大部分余量，同时为半精车和精车工序留出均匀余量；
步骤2，粗车小端：支靠承力环的B面，以步骤1中加工外圆面E定位，同时压紧F面，加工小端C面后，然后从承力环内侧加压板压紧C面，拆除F面上的压板，再加工小端外部结构，同时为半精车和精车工序留出均匀余量；
步骤3，粗铣外型轮廓：装夹方式与步骤2相同，粗铣承力环外型面；
步骤4，钻端面角向定位孔：承力环装夹方式与步骤3相同，在承力环端面上钻精密孔作为下道工序的角向定位孔；
步骤5，粗车大端及内型面：将承力环装夹在第一夹具上，装夹时采用与端面角向定位孔配合的销子固定承力环角向位置，支靠承力环F面，以承力环外圆G定位，同时压紧H面，粗车承力环大端端面及内型面；
步骤6，真空热处理去应力；
步骤7，修基准：支靠承力环K面，以外圆G面定位，同时压紧J面，将承力环小端去除少量余量，同时修正端面，保证端面的平面度；
步骤8，精车大端及内型面：承力环装夹方式与步骤5相同，对承力环大端面D及内型面进行精车加工，达到设计图纸要求尺寸；
步骤9，精车小端：支靠承力环K面，以承力环小端内球面L定位，同时压紧承力环J面，对承力环小端面进行精车加工，达到设计图纸要求尺寸；
步骤10，钻侧面角向定位孔，承力环装夹方式与步骤9相同，对承力环侧面上钻精密孔作为下道工序的角向定位孔；
步骤11，精铣外型面：将承力环装夹在第二夹具上，装夹时采用与侧面角向定位孔配合的销子固定承力环角向位置，支靠承力环的大端斜面M面，辅助涨紧内圆面，压紧小端端面的顶面，先精铣中间凹槽，再精铣外型花边、凸台和螺旋加强筋，达到设计图纸要求尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤1之前还包括毛坯尺寸检查，承力环采用的毛坯为II类锻件，双重退火，粗加工，对环形毛料尺寸进行测量，确保各个加工面上留有余量，检查毛坯表面质量无缺陷。
3.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤11之后还包括下述步骤，
步骤12，去毛刺：去除机加表面毛刺；
步骤13，清洗：用航空清洗剂清洗承力环并用压缩空气吹干；
步骤14，荧光检查；
步骤15，清洗：用航空清洗剂清洗承力环并用压缩空气吹干；
步骤16，标印：按设计要求在指定位置对承力环进行振动法标印零件信息；
步骤17，对承力环进行三坐标检测，确定是否满足机匣的设计要求。
4.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤1和步骤2中，粗车大端和粗车小端预留的余量要求满足：外型面在直径上留4mm余量，承力环两端各留2mm余量。
5.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤3中，粗铣外形轮廓预留的余量要求满足：凹槽侧面及底面各留2mm余量。
6.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤4中，端面角向定位孔的直径为6mm。
7.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤5中，粗车大端及内型面预留的余量满足端面留2mm余量，内型面直径留4mm余量。
8.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤7中，将承力环端面去除1mm余量，外圆面直径去除2mm余量。
9.根据权利要求1所述的一种带斜度薄壁承力环的加工方法，其特征在于：所述步骤10中，侧面角向定位孔的直径为5mm。
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