航空机匣壳体衬套精密镗削加工技术分析

王东晨 吴迪 金骏年 阎东

摘 要：航空产品一般都是由复合低硬度金属材料制作而成的，比较常见的材料有镁合金、铝合金和铜合金等，航空发动机机匣的制作材料也是一样的。机匣零件在制作过程中对加工技术的精度有严格的要求，通常会选择镗削加工技术对机匣进行加工，可以提高机匣零件整体的精度。但是机匣内孔的粗糙度达不到机匣零件的加工标准，加工中应用刀具种类对零件加工的精密性有着一定的影响，对此，该文对航空机匣壳体衬套精密镗削加工技术进行了研究。

关键词：航空机匣壳体;镗削加工;精密加工

中图分类号：V23      文献标志码：A

1 航空机匣壳体衬套加工要求

航空发动机机匣零件在加工的过程中，比较常用的加工方法有车削加工法和镗削加工法。磨削在提高零件表面粗糙度方面有着明显的应用优势，效果比较好，但是对于硬度比较低的材料来说，想要应用这项工艺是非常困难的。以往应用的镗削加工技术可以对这类材料的零件进行加工，零件表面的粗糙度一般在（Ra0.9～Ra1.2）这个范围以内，而航空机匣的粗糙度一般需要达到Ra0.25，才能满足机匣的应用需求。各种复合金属材料在加工的过程中，粗糙度在Ra≥0.9属于零件正常的精度加工等级，如果粗糙度Ra≤0.2则属于超精密加工等级，航空机匣零件的精度要求趋向于后者，但是对于这方面的生产加工我国的经验比较少，加工的难度比较大。

该文将实验室中零件的精密加工技术应用到航空产品的制造中，实现航空机匣零件的超精密加工，提高精密加工工艺的效果，使复合金属机匣在制造加工时，可以在粗糙度精度等级控制方面获得更多的经验，这样才能提升航空机匣零件的加工水平。

2 精密镗削加工技术的应用研究

2.1 刀具的准备

在对零件进行精密加工的过程中，一般会使用单晶精钢石刀具，应用的加工方法是车削加工。在这种加工条件下，在对硬度较低的金属材料进行加工的过程中，零件的粗糙度可以达到纳米等级。而车削加工技术在应用的过程中，加工机床是固定的，零件在加工时高速转动，可以提高零件表面的加工质量，但是这种加工方法也存在一定的弊端，加工的零件结构较为固定，一般应用于有固定特征的零件加工。

铝合金、镁合金等材料是航空机匣制造主要应用的材料，通常应用镗削加工技术来加工零件，用这种加工方式代替车削加工，将切削道具作为旋转体，可以满足机匣内孔加工需求。但是刀具在应用的过程中线速度有限，零件表面的加工质量无法得到保证。但是零件的粗糙度等级可以达到机匣零件的应用要求。

2.2 工艺试验内容

2.2.1 试验件的精密加工

对铜棒外径进行精密车削加工，掌握铜质材料精密加工后表面粗糙度等级情况;使用单晶金刚石镗刀对铜棒内孔进行精密镗削加工，觀察试验件内孔表面粗糙程度。

2.2.2 试验件的检测

对加工的铜棒试件进行目视对比检查，已经达到镜面光度，用光学粗糙度仪进行检测，检测报告粗糙度数值Ra0.122。

对试验室镗削加工的试件进行目视对比检查，粗糙度等级已经达到精密级，同时将试件在接触式粗糙度仪上进行表面质量检测，检测报告粗糙度数值为Ra0.145。

2.3 试验结果

2.3.1 精密级加工刀具

对精密加工技术进行研究后发现，加工刀具的选择是非常重要的，要选择精密级加工刀具。刀具在应用的过程中也需要对其进行全面考虑，掌握加工刀具的结构特点和在应用时的保护方法。

2.3.2 精密级加工工艺

国内多数航空制造厂对于铝合金、镁合金及铜等软质材料的机加等级还处于一般的粗糙度等级（Ra≥0.9），无论是车削加工还是镗削加工，传统的机加方法都无法达到精密级粗糙度等级（Ra≤0.2），按照上文的加工方法进行加工，有效地解决了航空机匣进行精密加工时的粗糙度问题。

2.3.3 型号制造难题解决

目前，车间采用了传统的镗削加工方法，表面粗糙度只能控制在Ra0.9～Ra1.2，无法满足设计要求。将试验研究结果直接应用于产品的加工，解决了航空产品的制造技术难题。

3 精密镗削加工技术的优化

3.1 工装夹具的调整

我们对现行的镗孔夹具作了分析，发现本道工序的夹紧限位尺寸与镗轴向孔工序相同，这两道工序可以共用一个夹具，该夹具是具有正式工装号的夹具，这样既保证了夹紧的状态又可以节省科研试制的成本。改进零件的装夹方案，增加工艺系统的刚性，对高效加工至关重要。

3.2 工艺性分析及加工方法的优化

原精镗工序四坐标加工中心上进行，该设备是90年代引进的。280 个镶叶片的精密径向孔形状有着特定的要求，孔直径公差是：0.018，位置公差是0.1，孔的内、外两侧均有台阶，非常难加工。原来的加工路线是：打点→钻孔→镗孔→铰孔→反锪内腔台阶孔→正锪外腔台阶孔。特别是机匣的内腔台阶孔按原加工方法采用的是反锪加工。

针对这一薄弱环节，我们进行了改进。首先设想能否将外侧反锪孔加工改为在机匣内侧正铣孔加工，但这需要如下几个条件：

（1）机匣内径足够大，使得主轴头可以进入机匣内腔。

（2）加工中心由卧式转为立式，但可以通过配备主轴直角转换头完成立卧转换，达到在机匣内腔正向铣孔加工的目的。经过严格筛选，我们最后选定德国五坐标加工中心作为镗孔加工的主要设备。BOKO 机床属于典型的立式四坐标加工中心，同时具备安装直角转换头的功能，这使得这台设备具备正铣孔的条件。这样每加工一个孔，就省去了装刀头、卸刀头2个不必要的非接触零件的加工环节。使该工序的加工完全实现了名副其实的自动化，而非以前的半手动加工。

3.3 精密孔内表面粗糙度改善方法

280个径向孔的粗糙度Ra为0.8，原工艺方法加工后孔内壁经常有划痕，需要增加人工抛修工序才能达到设计要求。针对这一问题，我们重新收集了各种铰刀生产厂家的资料，从中优选可转位硬质合金机夹铰刀进行尝试。这种铰刀只有单刃，齿数少于标准铰刀，但是增大了容屑空间和刀齿强度，使切屑向下排出，不会摩擦、划伤孔壁，因而使加工后的孔粗糙度一次合格，不必抛修就满足了Ra1.6的设计需求。

3.4 孔加工选用刀具及切削参数

钛合金加工时变形系数小，这是它的一个显著特点，切屑在前刀面上滑动摩擦的路程增大，进而加速了刀具磨损。同时，由于钛合金的弹性摩量小，加工时在径向力作用下容易产生变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。综上所述，钻孔加工应该尽量选择硬质合金刀具。

4 结语

近20年来，为了提高发动机的性能，复合金属用量显著增加，合金材料在飞机和发动机中的使用量也是衡量期限的重要指标之一，因而掌握合金材料的加工性能与加工技术显得愈来愈重要。我们要在满足公司生产线紧急需求的同时兼顾公司长远发展的目标，改进现有工艺，开展新工艺的研究，使科研成果能够有效应用在公司的发动机零件生产中。

参考文献

[1]张同，孙淑玲，袁方.精密薄壁衬套类零件的工艺改进及高效加工[J].中国新技术新产品，2014（18）：100.

[2]李宁宁，林博.某型机匣轴承衬套装配工艺的研究[J].科技创新与应用，2018（3）：61-62.