CN113059331B - 喷油嘴微小异形内孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷油嘴微小异形内孔加工方法，包括以下步骤：使用第一钻头在工件上进行钻削粗加工，以加工出通孔。使用锥铣刀对通孔的第一段进行铣削半精加工，以加工出锥形半精孔。使用第一精整刀对锥形半精孔进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔。使用第二钻头对通孔的第二段进行钻削粗加工，以加工出圆弧粗孔。使用球头铣刀对圆弧粗孔进行铣削半精加工，以加工出圆弧半精孔。使用第二精整刀对圆弧半精孔进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔。采用本发明的加工方法时，可极大提高微小异形内孔的加工效率和加工精度，满足现代航空发动机对燃油喷嘴内壁的要求；能有效的去除锥形半精孔和圆弧半精孔内壁上毛刺等加工缺陷，进而提高加工质量。

Description

喷油嘴微小异形内孔加工方法

技术领域

本发明涉及小孔加工技术领域，特别地，涉及一种喷油嘴微小异形内孔加工方法。

背景技术

航空发动机作为飞机的心脏，被誉为"工业之花"，其质量直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。其中发动机喷油嘴是航空发动机的核心部件，其功用是将燃油雾化(或汽化)，加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率，而发动机喷油嘴的内壁结构的加工直接影响着燃油燃烧的效率，新一代发动机要求有更高的燃烧效率和功率密度，这就对发动机喷油嘴的内壁加工质量提出了更高的要求。

发动机燃油喷嘴材料多采用不锈钢材料，属于典型的难加工材料，目前燃油喷嘴加工的方法很多，例如机械加工、激光加工和电火花加工等。激光加工和电火花加工虽然不受所加工的材料硬度限制，但其加工的表面质量差、加工效率较低；而机械加工具有三维加工能力强、成型精度高、效率高、柔性高等特点，是一种精度、经济、效率都比较优越的加工方法，仍是燃油喷嘴加工的主流方法。

目前，航空发动机喷油嘴加工存在以下问题：(1)针对燃油喷嘴机械加工的完整加工方法，特别是对于微小异形内腔的加工步骤和工艺路线，还鲜有人提及；(2)燃油喷嘴机械加工的工艺参数选取不当，易造成加工毛刺大、刀具寿命短；(3)燃油喷嘴的刀具结构不合理，造成的刀具寿命低、加工质量差；(4)缺少对燃油喷嘴最终的光整加工步骤，难以满足现代航空发动机对燃油喷嘴内壁的要求。

发明内容

本发明提供了一种喷油嘴微小异形内孔加工方法，以解决现有的加工方法存在的加工效率和加工精度低、加工后毛刺大、及刀具使用寿命短的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种喷油嘴微小异形内孔加工方法，异形内孔包括沿轴线依次布设且连通的锥形孔和圆弧孔，加工方法包括以下步骤：使用第一钻头在工件上进行钻削粗加工，以加工出通孔；使用锥铣刀对通孔的第一段进行铣削半精加工，以加工出锥形半精孔；使用第一精整刀对锥形半精孔进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔；使用第二钻头对通孔的第二段进行钻削粗加工，以加工出圆弧粗孔；使用球头铣刀对圆弧粗孔进行铣削半精加工，以加工出圆弧半精孔；使用第二精整刀对圆弧半精孔进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔。

进一步地，第一钻头的结构参数为：锋角ρ为110°～130°、芯径比t/d为0.3～0.5、螺旋角β为20°～40°。

进一步地，锥铣刀的前端直径小于第一钻头的外径。

进一步地，通孔第一段的钻削粗加工参数为：第一钻头的主轴转速为15000～20000r/min，第一钻头的进给速度为9～12mm/min，分级量0.01～0.03mm；通孔第一段的洗削半精加工参数为：锥铣刀的主轴转速为16000～20000r/min，锥铣刀的进给速度为10～20mm/min。

进一步地，使用第一精整刀对锥形半精孔进行铣磨精加工时，采用刀具和工件同时旋转的复合加工方法；锥形半精孔的铣磨精加工参数为：第一精整刀的主轴转速为30000～40000r/min，工件的主轴转速为200～300r/min，第一精整刀的进给速度为0.01～0.03mm/s，加工深度为0.5～1.5μm。

进一步地，通孔第二段的钻削粗加工参数为：第二钻头的主轴转速为5000～6000r/min，第二钻头的进给速度为10～20mm/min。

进一步地，球头铣刀的结构参数为：后角α为10°～20°、后角宽度l为15～30μm、前角γ为0°～6°。

进一步地，使用球头铣刀对圆弧粗孔进行铣削半精加工时，采用刀具和工件同时旋转的复合加工方法；圆弧粗孔的铣削半精加工参数为：球头铣刀的主轴转速为40000～50000r/min，工件的主轴转速为200～300r/min，球头铣刀的进给速度为0.01～0.03mm/s。

进一步地，使用第二精整刀对圆弧半精孔进行铣磨精加工时，采用刀具和工件同时旋转的复合加工方法；圆弧半精孔的铣磨精加工参数为：第二精整刀的主轴转速为30000～40000r/min，工件的主轴转速为200～300r/min，第二精整刀的进给速度为0.01～0.03mm/s，加工深度0.5～1.5μm。

进一步地，第一精整刀和第二精整刀均为由PCD材料制备形成的微型球磨头。

本发明具有以下有益效果：

采用本发明的喷油嘴微小异形内孔加工方法进行微小异形内孔加工时，锥形孔和圆弧孔均按照加工步骤：粗加工-半精加工-精加工的加工原则，并充分结合利用钻削刀具、铣削刀具、铣磨刀具的不同加工效率和加工精度的特点，进而极大提高微小异形内孔的加工效率和加工精度，满足现代航空发动机对燃油喷嘴内壁的要求；本发明的喷油嘴微小异形内孔加工方法中，通过在精加工工序中采用精整刀具的加工方法，能有效的去除锥形半精孔和圆弧半精孔内壁上毛刺等加工缺陷，进而提高加工质量，并替代现有磨粒流抛光等加工工序，极大节省加工时间，提高生产效率，并降低加工成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的喷油嘴微小异形内孔的剖视结构示意图；

图2是通孔钻削粗加工示意图；

图3是通孔第一段铣削半精加工示意图；

图4是锥形半精孔铣磨精加工示意图；

图5是通孔第二段钻削粗加工示意图；

图6是通孔第二段铣削半精加工示意图；

图7是圆弧半精孔铣磨精加工示意图；

图8是结构优化后的第一钻头的空间结构示意图；

图9是图8的左视结构示意图；

图10是结构优化后的球头铣刀的端面结构示意图；

图11是图10的A-A向剖视结构示意图。

图例说明

10、工件；101、锥形孔；102、圆弧孔；103、通孔；104、锥形半精孔；105、圆弧粗孔；106、圆弧半精孔；20、第一钻头；30、锥铣刀；40、第一精整刀；50、第二钻头；60、球头铣刀；70、第二精整刀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1-图7，本发明的优选实施例提供了一种喷油嘴微小异形内孔加工方法，异形内孔包括沿轴线依次布设且连通的锥形孔101和圆弧孔102，加工方法包括以下步骤：

使用第一钻头20在工件10上进行钻削粗加工，以加工出通孔103。

使用锥铣刀30对通孔103的第一段进行铣削半精加工，以加工出锥形半精孔104。

使用第一精整刀40对锥形半精孔104进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔102。

使用第二钻头50对通孔103的第二段进行钻削粗加工，以加工出圆弧粗孔105。

使用球头铣刀60对圆弧粗孔105进行铣削半精加工，以加工出圆弧半精孔106。

使用第二精整刀70对圆弧半精孔106进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔102。

采用本发明的喷油嘴微小异形内孔加工方法在工件10上加工出微小异形内孔(异形内孔直径范围：0.25～0.8mm)时，首先使用第一钻头20在工件10上进行钻削粗加工，以加工出通孔103，如图2所示，该步骤主要目的为去除加工余量及方便后续锥铣刀30的加工；然后使用锥铣刀30对通孔103的第一段进行铣削半精加工，以加工出锥形半精孔104，如图3所示，该步骤主要目的为去除锥形孔的剩余加工余量及得到待锥孔光整表面；接着使用第一精整刀40对锥形半精孔104进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔102，如图4所示，该步骤主要目的为去除锥形半精孔104内壁上毛刺等加工缺陷，进而提高加工质量；然后再使用第二钻头50对通孔103的第二段进行钻削粗加工，以加工出圆弧粗孔105，如图5所示，该步骤主要目的为去除圆弧段大部分的加工余量，以便后续加工；接着再使用球头铣刀60对圆弧粗孔105进行铣削半精加工，以加工出圆弧半精孔106，如图6所示，该步骤主要目的为去除圆弧半精孔106的剩余加工余量及得到待锥孔光整表面；最后再使用第二精整刀70对圆弧半精孔106进行铣磨精加工，以加工出圆弧孔102，如图7所示，该步骤主要目的为去除圆弧半精孔内壁毛刺等加工缺陷，提高加工质量。

采用本发明的喷油嘴微小异形内孔加工方法进行微小异形内孔加工时，锥形孔101和圆弧孔102均按照加工步骤：粗加工-半精加工-精加工的加工原则，并充分结合利用钻削刀具、铣削刀具、铣磨刀具的不同加工效率和加工精度的特点，进而极大提高微小异形内孔的加工效率和加工精度，满足现代航空发动机对燃油喷嘴内壁的要求；本发明的喷油嘴微小异形内孔加工方法中，通过在精加工工序中采用精整刀具的加工方法，能有效的去除锥形半精孔和圆弧半精孔内壁上毛刺等加工缺陷，进而提高加工质量，并替代现有磨粒流抛光等加工工序，极大节省加工时间，提高生产效率，并降低加工成本。

可选地，如图8和图9所示，第一钻头20的结构参数为：锋角ρ为110°～130°、芯径比t/d为0.3～0.5、螺旋角β为20°～40°。本发明中，基于切削温度、切削力和刀具磨损状况，对第一钻头20的结构进行优化设计，并经过大量的试验和验证后，第一钻头20结构优化后的参数如上，从而极大提高加工质量及刀具的使用寿命。

可选地，如图2和图3所示，锥铣刀30的前端直径小于第一钻头20的外径，避免使用锥铣刀30对通孔的第一段进行铣削半精加工时，损伤通孔的第二段，进而影响圆弧孔的加工精度和加工质量。

可选地，如图2所示，通孔103第一段的钻削粗加工参数为：第一钻头20的主轴转速为15000～20000r/min，第一钻头20的进给速度为9～12mm/min，分级量0.01～0.03mm。本发明通孔103第一段的钻削粗加工参数的该优化设计，不仅能有效的提高第一钻头20的使用寿命，且提高工件加工的合格率，降低加工成本。如图3所示，通孔103第一段的洗削半精加工参数为：锥铣刀30的主轴转速为16000～20000r/min，锥铣刀30的进给速度为10～20mm/min。本发明通孔103第一段的洗削半精加工参数的该优化设计，不仅能有效的提高锥铣刀30的使用寿命，且提高工件加工的合格率，降低加工成本。

可选地，如图4所示，使用第一精整刀40对锥形半精孔104进行铣磨精加工时，采用刀具和工件10同时旋转的复合加工方法。锥形半精孔104的铣磨精加工参数为：第一精整刀40的主轴转速为30000～40000r/min，工件10的主轴转速为200～300r/min，第一精整刀40的进给速度为0.01～0.03mm/s，加工深度为0.5～1.5μm。本发明中，对锥形半精孔104进行铣磨精加工时，采用车铣复合加工方法，即工件10和第一精整刀40均分别以一定转速进行旋转的同时，第一精整刀40还按照既定加工路线施加一定的进给速度，与传统加工方法相比，车铣复合加工方法不仅降低了切削力，还提高了切削的平稳性、加工精度、及加工效率。

可选地，如图5所示，通孔103第二段的钻削粗加工参数为：第二钻头50的主轴转速为5000～6000r/min，第二钻头50的进给速度为10～20mm/min。本发明通孔103第二段的钻削粗加工参数的该优化设计，不仅能有效的提高第二钻头50的使用寿命，且提高工件加工的合格率，降低加工成本。

可选地，如图10和图11所示，球头铣刀60的结构参数为：后角α为10°～20°、后角宽度l为15～30μm、前角γ为0°～6°。本发明中，基于切削温度、切削力和刀具磨损状况，对球头铣刀60的结构进行优化设计，并经过大量的试验和验证后，球头铣刀60结构优化后的参数如上，从而极大提高加工质量及刀具的使用寿命。

可选地，如图6所示，使用球头铣刀60对圆弧粗孔105进行铣削半精加工时，采用刀具和工件10同时旋转的复合加工方法。圆弧粗孔105的铣削半精加工参数为：球头铣刀60的主轴转速为40000～50000r/min，工件10的主轴转速为200～300r/min，球头铣刀60的进给速度为0.01～0.03mm/s。本发明中，对圆弧粗孔105进行铣削半精加工时，采用车铣复合加工方法，即工件10和球头铣刀60均分别以一定转速进行旋转的同时，球头铣刀60还按照既定加工路线施加一定的进给速度，与传统加工方法相比，车铣复合加工方法不仅降低了切削力，还提高了切削的平稳性、加工精度、及加工效率。

可选地，如图7所示，使用第二精整刀70对圆弧半精孔106进行铣磨精加工时，采用刀具和工件10同时旋转的复合加工方法。圆弧半精孔106的铣磨精加工参数为：第二精整刀70的主轴转速为30000～40000r/min，工件10的主轴转速为200～300r/min，第二精整刀70的进给速度为0.01～0.03mm/s，加工深度0.5～1.5μm。本发明中，对圆弧半精孔106进行铣磨精加工时，采用车铣复合加工方法，即工件10和第二精整刀70均分别以一定转速进行旋转的同时，第二精整刀70还按照既定加工路线施加一定的进给速度，与传统加工方法相比，车铣复合加工方法不仅降低了切削力，还提高了切削的平稳性、加工精度、及加工效率。

可选地，如图4和图7所示，第一精整刀40和第二精整刀70均为由PCD材料制备形成的微型球磨头，刀具刚性好，能有效去除内壁毛刺等加工缺陷，进而提高加工质量，节省加工时间，提高加工效率，并降低加工成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种喷油嘴微小异形内孔加工方法，所述异形内孔包括沿轴线依次布设且连通的锥形孔(101)和圆弧孔(102)，其特征在于，加工方法包括以下步骤：

使用第一钻头(20)在工件(10)上进行钻削粗加工，以加工出通孔(103)；

使用锥铣刀(30)对所述通孔(103)的第一段进行铣削半精加工，以加工出锥形半精孔(104)；

使用第一精整刀(40)对所述锥形半精孔(104)进行铣磨精加工，以加工出所述圆弧孔(102)；

使用第二钻头(50)对所述通孔(103)的第二段进行钻削粗加工，以加工出圆弧粗孔(105)；

使用球头铣刀(60)对所述圆弧粗孔(105)进行铣削半精加工，以加工出圆弧半精孔(106)；球头铣刀(60)的结构参数为：后角α为10°～20°、后角宽度l为15～30μm、前角γ为0°～6°；

使用第二精整刀(70)对所述圆弧半精孔(106)进行铣磨精加工，以加工出所述圆弧孔(102)。

2.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

所述第一钻头(20)的结构参数为：锋角ρ为110°～130°、芯径比t/d为0.3～0.5、螺旋角β为20°～40°。

3.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

所述锥铣刀(30)的前端直径小于所述第一钻头(20)的外径。

4.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

所述通孔(103)第一段的钻削粗加工参数为：所述第一钻头(20)的主轴转速为15000～20000r/min，所述第一钻头(20)的进给速度为9～12mm/min，分级量0.01～0.03mm；

所述通孔(103)第一段的铣 削半精加工参数为：所述锥铣刀(30)的主轴转速为16000～20000r/min，所述锥铣刀(30)的进给速度为10～20mm/min。

5.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

使用第一精整刀(40)对所述锥形半精孔(104)进行铣磨精加工时，采用刀具和工件(10)同时旋转的复合加工方法；

所述锥形半精孔(104)的铣磨精加工参数为：所述第一精整刀(40)的主轴转速为30000～40000r/min，所述工件(10)的主轴转速为200～300r/min，所述第一精整刀(40)的进给速度为0.01～0.03mm/s，加工深度为0.5～1.5μm。

6.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

所述通孔(103)第二段的钻削粗加工参数为：所述第二钻头(50)的主轴转速为5000～6000r/min，所述第二钻头(50)的进给速度为10～20mm/min。

7.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

使用球头铣刀(60)对所述圆弧粗孔(105)进行铣削半精加工时，采用刀具和工件(10)同时旋转的复合加工方法；

所述圆弧粗孔(105)的铣削半精加工参数为：所述球头铣刀(60)的主轴转速为40000～50000r/min，所述工件(10)的主轴转速为200～300r/min，所述球头铣刀(60)的进给速度为0.01～0.03mm/s。

8.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

使用第二精整刀(70)对所述圆弧半精孔(106)进行铣磨精加工时，采用刀具和工件(10)同时旋转的复合加工方法；

所述圆弧半精孔(106)的铣磨精加工参数为：所述第二精整刀(70)的主轴转速为30000～40000r/min，所述工件(10)的主轴转速为200～300r/min，所述第二精整刀(70)的进给速度为0.01～0.03mm/s，加工深度0.5～1.5μm。

9.根据权利要求1所述的喷油嘴微小异形内孔加工方法，其特征在于，

所述第一精整刀(40)和所述第二精整刀(70)均为由PCD材料制备形成的微型球磨头。

Images