航空发动机精密轴承座加工技术应用

樊照远++赵冬梅++马良++韩冰++梁娜

摘 要：航空发动机零部件在机械加工过程中，精密轴承座类零件的合格交付一直是研制中的难题。突出技术问题是变形大，铸件毛料质量稳定性差，总体工艺技术不成熟。本文参考钛合金轴承座加工工艺路线、刀具和切削参数研究成果，研究高温合金材料的轴承座工艺过程，为国内高温合金轴承座批量生产提供技术上的借鉴。

关键词：加工变形；铸造轴承；工艺优化

中图分类号：V263 文献标识码：A

0.引言

精密轴承座是航空发动机的重要承力部件，其结构复杂、制造难度大，对保证发动机质量和提高发动机整体运转寿命方面有着至关重要的作用，因此对精密轴承座的加工工艺与交付质量有着更高要求。在各类轴承座加工过程中，铸造类轴承座是较难加工的一类，结构复杂且余量分布不均匀，重要精密尺寸及跳动不能保证。如何提高铸造高温合金材料加工效率、降低产品生产周期与成本是目前航空企业面临的重点问题。本文通过开展轴承座类零件变形控制技术研究，解决轴承座加工后变形问题，达到轴承座加工后尺寸及技术条件满足设计图要求。提高公司轴承座类零件的铸造、加工技术水平，提高发动机的整体使用性能。

1.加工难点分析

现以某项目的精密铸造轴承座为例，轴承座上有供油、回油、通风孔及三道密封环，整体壁厚较薄，结构复杂，精度高；轴承座侧面斜台阶孔延伸后与大安装边距离小，在铣加工和钻孔过程中刀具易发生干涉，且悬伸长度较长，刀具产生振动。

与以往研制的同类铸件相比，在材料、结构形式等方面差异很大。从材料方面看，以往加工轴承座材料为钛合金，本次试验件为高温合金，高温合金铸件相对钛合金铸件硬度要高，且硬度不均匀，表面硬化现象严重，易产生崩刃现象，切削加工性差。

2.工艺改进与参数优化

2.1 工艺路线安排方面

从零件结构上进行分析，零件变形主要是因为铸造余量不均匀，加工受力不均匀，精加工基准面状态不好。为解决这些问题，在工艺路线安排上采取如下方案：将铸造不均匀部位的加工在粗加工过程完成，将精尺寸部位预留少部分余量在大部分余量加工完毕后去除。之后进行型面及孔的加工，侧面孔由于切削加工量小，且采取镗加工方法，零件受力变形相对较小。

2.2 余量分布方面

原有工艺过程零件加工工序间余量较保守，精加工过程加工量大，虽然车加工完毕后零件合格，由于精车后进行大部分镗铣加工至最终形成尺寸检验时，精密尺寸存在超差现象。为避免此种情况发生，安排加工余量时减小细车、精车加工余量。不精密的尺寸及技术要求在细车工序加工到位，精车工序仅留少部分精密表面进行加工，减少加工量以控制加工应力及变形。

2.3 装夹方面

经分析增加辅助支撑，在悬臂腔填充白石蜡的方法增加系统刚性。长悬臂加工部位的余量在粗、半精加工去除完毕，防止精加工后由于零件整体刚性差，产生加工不稳定现象。大安装边为整环形结构，稳定性较好，采用组合夹具，加工孔时增加辅助支承。小安装边为花边结构，定位不稳定，采用铝盘自制夹具定位。

2.4 刀具选择方面

侧面斜孔采取机械加工的方法。考虑零件材料硬度高，针对开放面加工部位在现有条件选择合适的加工刀具，确定侧面斜孔及干涉部位倒角刀具方案。制订选择特殊的加长刀杆，减震刀具的加工方案，保证零件加工的质量。

2.5 加工参数方面

对以往加工材料硬度及状态分析，参照切削手册及现场加工经验，并在加工过程中验证并优化切削参数。

2.6 走刀路线方面

加工大安装边孔时，在对应下部进行辅助支撑，同时采取阶梯2-3次钻孔的方式加工，避免一次加工切削力过大造成的变形。铣花边时采用对称的铣削方式，对称切除加工余量，减少铣加工过程中产生的残余应力，减少由此引起的变形。

3.优化后加工效果

（1）基准面及各工序变形情况

经优化后，零件在精车加工前轴向基准面平面度及圆周找正面跳动均大幅度优化，在精车后零件自由状态与限制状态尺寸基本保持一致，小端止口尺寸，大端止口尺寸及对应圆周跳动合格。

（2）斜面深孔加工

侧面斜台阶孔使用整体台阶式加长刀杆，刀具选用大于100长的钻头与铣刀加工。在镗加工精密孔剩余0.05余量时，按每刀0.01进给多次，最终加工孔尺寸满足设计要求。

（3）工艺提升

基准面配合及压紧状态前后是否变形是零件加工是否合格的关键，基准面状态越好，加工后的零件状态越好。对于铸造不均匀的表面，有铸造硬化层，且加工余量分布不均匀，切削力相对较大且分布不均，加工中容易产生变形，为避免不均匀加工造成的变形，应在精加工前将不均匀的表面去除。

结语

通过对此课题的研究，对高温合金铸造轴承座变形控制方面有了一定的了解，摸索出一套针对高温合金轴承座零件的加工方案，基本上满足零件加工需求。但在加工残余应力等零件变形深层原因，有待进一步地深入研究。

参考文献

[1]张景源.某型号轴承座加工工艺改善[J].山东工业技术，2016（11）：47.

[2]唐杭斌.轴承座工艺及模具设计要点分析[J].装备制造技术，2014（3）：202-203.