燃烧室机匣铣加工工艺研究

朱颖 王康昌 张亮亮 陈大丽 李明

摘 要：文章研究的燃烧室机匣最大直径为φ685.8mm，最小直径为φ487.84mm，零件的承力锥壁最小壁厚为3.2mm，零件承力锥壁上存在7组共33个凸台。其技术难点为：凸台复杂，铣加工振动及变形问题严重，加工时容易变形及产生让刀现象。文章总结了对镍基高温合金材料Inconel718进行高速切削加工时需要注意的事项，完成了数控程序编制及和刀具选择等工作，加工出符合技术要求的航空发动机燃烧室机匣，为今后此类大型薄壁复杂形状零件的自主研发提供技术支持。

关键词：燃烧室机匣；铣加工；五坐标加工中心

引言

本文的研究主要来源于航空发动机某型号燃烧室机匣的加工工艺研究。零件材料为高温合金，零件的凸台型面复杂，加工空间小，所以在编程、刀具选择和加工参数的设定方面都需要特别注意。根据该燃烧室机匣的加工技术要求，确定了合理的工艺路线；试验确定了铣削加工不同型面试件和真件（槽腔、平面、凸缘、孔）的合理刀具、切削参数和数控程序；根据试验结果并通过查阅国内外相关金属切削技术手册等，完成航空发动机燃烧室机匣加工工艺研究。通过对此类机匣的加工工艺研究，能够对今后国内类似机匣加工方法有所借鉴，特别是在编程方法和选择刀具等方面。

1 零件特点

1.1 尺寸要求

該零件外型有20个燃油座，外型面复杂，铣加工任务量大，凸台面轮廓度要求0.50，凸台圆周面轮廓度0.50，见图1。

图1 安装座尺寸示意图

1.2 零件类型

该零件是典型的燃烧室机匣件，铣加工外型面复杂，对铣加工刀具及铣加工程序的编制要求较高。

1.3 预期达到的技术、经济、质量指标

通过对数控程序及所用刀具的改进，零件的铣加工时间由180小时缩短到125小时之内。

2 试验过程

2.1 材料

零件材料为高温合金Incon718

2.2 设备

五坐标加工中心DMG125P

2.3 工艺

2072M48P02铣加工内、外型面需要根据型面空间的大小合理选择切削用刀具及设定合理的走刀路线，提高刀具的有效切削效率，提高加工效率。在铣加工过程中对敞开性好的表面尽量使用大直径刀具，粗、精铣分开，粗铣使用Φ40R6可换刀片的刀具结构，去除大部分余量，空间容易发生干涉的型面使用Φ25R4刀具，粗铣走刀采用去除效率高的周向走刀方式，鉴于该种走刀方式有大的接刀残留，因此粗铣为精铣留出1mm余量，在精铣过程中使用Φ20R3、Φ12R3刀具进行表面余量的铣削，为保证精铣后零件表面质量，精铣采用轴向走刀方式，见图2。

针对该零件小端内腔有4处凹槽，在研制初期，需要使用弯头加工，加工过程中，需要更换安装弯头，生产准备时间长，通过代用其它零件的T型刀具，减少了更换刀具的时间也保证了粗、精铣走刀一次加工完成，改进前-用弯头加工状态见图3，改进后-用T形刀具加工状态见图4。

图3 改进前-用弯头加工状态 图4 改进后-用T形刀具加工状态

在外型面铣加工过程中，使用整体硬质合金刀具，加工成本高，装、卸刀具及投影测量刀具长度等生产准备时间长，使用可换刀片结构的可以减少换刀时间，通过直接更换刀片来实现，刀片见图5。

因为零件外型凸台多，加工过程中凸台周围的铣加工工作非常重要，原编程方式为固定轴加工，为了清除过多的刀具残留痕迹，需要加密刀轨，各凸台周围加工时间过长，借鉴成功的加工理念，凸台周围留0.2mm余量，其它余量使用变轴加工方式进行铣加工，刀轨数量相对减少，缩短了铣加工的时间。改进前-凸台周围铣加工刀轨示意见图6， 改进后-凸台周围铣加工刀轨示意见图7。

2.4 结果

经过以上对刀具、程序走刀路线的改进，零件的铣加工时间由原来的180小时缩短到125小时。

3 结果讨论与分析

刀具结构的选择、程序的编程方式改进优化对零件的加工时间影响很大，在零件过程中应重点关注。