火焰筒加工技术研究

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110862）

随着航空发动机设计性能的不断提高，其机匣的设计精度越来越高，重量越来越轻，使机匣的设计结构越来越复杂，加上新材料的使用，给机匣在加工中如何安排工艺路线、如何控制切削变形，带来极大难度，特别是壁厚极薄而且较为复杂型面的机匣加工，变形量的控制是该类零件制造技术提升的关键。

1 零件结构

该零件材料为GH3536，Ⅱ类轧环件，热处理状态为固溶，鉴于零件结构及材料特点，为加工增加了很大难度。

2 工艺分析

2.1 工艺路线分析

从零件的结构上分析，由于毛料去除量大，加工过程中产生较大加工应力，因此零件应该先进行粗车，粗加工去除大部分余量后安排稳定处理消除应力工序，热处理后及半精车前安排了修复基准面工序，以减少机匣变形， 此工序要求机匣在自由状态下基准面的平面度≤0.03 mm。表面是后续半精车和精车的基准，为保证基准面平面度要求，安排在立车加工。由零件结构看出该件装夹定位性不好，需预留工艺边方便后续精车、钻镗铣、电加工孔工序的装夹。零件径向有32处φ12后发兰通气孔、64处φ10.1主燃孔、32处φ13.8掺混孔、轴向24处φ6.4后发兰安装孔。其次大端有2处深槽：一处槽深14宽9角度15、另一处槽深31宽4角度15，且6段型面带有宽2.1深7的环槽，如机械加工这些孔和槽，零件壁薄受力大会导致变形严重，安排了粗打孔，再由加工中心精镗孔，对气膜孔采用电火花加工。

2.2 数控精车分析

型面加工是该件研制加工重点、难点。由于型面锥度不同、敞开性差，加工过程中零件实时变形，让刀现象非常严重，会导致同一部位沿型面壁厚尺寸不均等现象。主要难点有：1）零件尺寸精、薄壁（沿型面1.2±0.05mm）、易变形，选择合适的走刀轨迹。2）大端槽比较深（一处槽深14宽9角度15 、另一处槽深31宽4角度15）、6段环槽（深7宽2.1），加工过程中易打刀，造成零件报废，选择合适的加工方法和切削参数，非常必要。3）由于零件为环形、薄壁类零件，型面复杂，在加工过程中，如果刀具结构选择不当或刀具的装夹位置选择不当，刀具易与零件发生干涉，需要根据现场实际情况，对刀具和刀具的装夹位置进行调整。

2.3 总方案分析

通常一道工序在车加工中首先是去除端面余量，然后进行车内、外表面的加工，对于高温合金材料的薄壁机匣按这种方法加工时，机匣变形大，端面变形严重，在加工端面时应将端面留0.5mm的余量。扎槽时零件变形大，应先粗扎槽。再用内外循环均匀去除机匣内外表面的余量。最后再对端面进行车加工。由于零件下部刚性较好，因此整个切削过程均为由上端至下端。加工难点主要通过以下措施解决：1）分阶段加工。零件分为粗车-细车-精车，每阶段均匀去余量，减小零件应力分布不均匀程度。2）合理安排热处理工序。在零件的毛料状态和粗加工后进行热处理工序，消除机加过程中产生的应力。3）控制走刀路线。关键工序—细车、精车中，规定刀具走刀路线，减少和调整切削力，控制加工变形。4）控制切削参数。为减少零件变形，在加工过程中严格地控制切削参数。5）增加系统刚性。

2.4 数控加工切削参数的选择

通过对零件试验加工，总结出以下切削参数较适合此类零件、此种材料的数控车加工：

型面车加工：

n=35r/min。fn=0.18～0.2 mm/r。aP=0.1～0.5 mm。

槽车加工：

n =15r/min。fn=0.07～0.1mm/r。

2.5 气膜孔的加工工艺分析

发动机为具有更好冷却性能，在火焰筒外壁上设计了上千个直径在φ1.2～φ1.6、位置度φ0.3的径向气膜孔，这些小孔加工一直是机械加工难点。

电火花打孔是电极与金属间放电产生高温腐蚀金属达到穿孔的目的，用于加工超硬钢材、硬质合金、铜、铝及任何可导电性物质的细孔。最小可加工0.015mm的小孔，也可加工有锥度的小孔，被广泛使用在精密零件加工中。火焰筒上小孔数量多，采用单电极打孔速度慢，采用排电极群孔加工工艺，选用紫铜电极进行加工。

3 总结

通过该零件的研制，对大型薄壁件的工艺加工有了更系统化的分析，从工艺路线的安排、余量分布、以及UG软件编制循环程序的应用，同时掌握此类零件的数控加工方法和该类材料数控切削参数的选择，总结出以下经验：1）选择小刀尖半径刀片（一般R在0.2～0.4），以避免变形，但要保证刀具寿命，刀尖半径不能太小。2）减少主切削角：粗加工时为6°～8°，精加工时为10°～12°，让零件强度高的部分或夹具承受载荷。3）减少切深：该材料型面车加工选择切深范围在0.1～0.5 mm。4）不要让刀具过多滞留在加工表面上。5）降低切速：该材料型面加工8～35r/min。6）许多机匣壁很薄，薄壁件的变形是一个重要的问题，由于切削压力和剪切应力过大，产生的部分热量会引起零件变形，在壁非常薄的部分热量会穿透到截面所有部分，引起金相显微组织损伤，此时为降低切速，限制热量集中，可以使用硬度合金刀具。7）在某种情况下，切削方向非常重要，例如：一些薄壁件在加工中出现的振颤.变形问题，可由根部向外车削改为由外向根部切削加以解决，用该方法可将切削力集中于装夹上。

结语

通过调整加工方式以及对刀具的优化，调整走刀路线等一系列新技术，增强机匣加工技术的同时使加工成本大幅降低。特别是车削、小孔加工技术在复杂的薄壁环形零件上得到应用，积累了宝贵经验。

[1]王爱玲，等.机匣制造技术[M].北京：国防工业出版社.