王麗花++李冬梅++周鑫

摘 要：渦輪后機(jī)匣是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要高溫承力部件，零件的加工質(zhì)量影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量。然而渦輪后機(jī)匣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在加工精度高、加工易變形等加工難點(diǎn)，是加工的一大難題。本文通過對(duì)零件結(jié)構(gòu)及加工工藝分析，確定影響零件變形的因素及加工難點(diǎn)，從控制零件加工過程質(zhì)量、增加輔助支撐工裝、優(yōu)化切削加工刀具等方面優(yōu)化現(xiàn)有工藝，改進(jìn)工藝規(guī)程，解決現(xiàn)有加工問題。

關(guān)鍵詞：工藝優(yōu)化；變形控制；工藝方案

中圖分類號(hào)：TP321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

渦輪后機(jī)匣處于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的支點(diǎn)位置，處于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的關(guān)鍵部位，軸承座等零件的裝配都需要以渦輪后機(jī)匣的端面和孔為裝配基準(zhǔn)，因此保證零件加工后的尺寸加工精度和形位公差至關(guān)重要。該零件屬于焊接結(jié)構(gòu)件，并且是薄壁零件，加工過程中常出現(xiàn)振顫、變形等加工問題。由于零件裝夾及機(jī)械加工過程出現(xiàn)應(yīng)力殘留，在零件放置及裝配期間會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力釋放導(dǎo)致的變形，造成零件狀態(tài)發(fā)生變化，影響飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量。為提升零件的加工質(zhì)量，進(jìn)行零件的加工工藝優(yōu)化意義重大。

1.技術(shù)指標(biāo)的擬定

通過分析后機(jī)匣的設(shè)計(jì)圖紙及裝配過程可知，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配時(shí)需要先裝配軸承座組件，然后將軸承座組件裝配到渦輪后機(jī)匣上。裝配后需要在渦輪后機(jī)匣的前端外環(huán)進(jìn)行精密定位孔的加工，技術(shù)條件要求嚴(yán)格。從設(shè)計(jì)基準(zhǔn)及技術(shù)條件要求看，后端內(nèi)環(huán)安裝軸承座端及前端外環(huán)為重要表面，因此將這兩處技術(shù)條件的檢測(cè)作為重要監(jiān)控指標(biāo)，如圖1所示。

2.零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件分析

零件為焊接組合件，整個(gè)機(jī)加組件由渦輪后機(jī)匣前、后段，內(nèi)環(huán)，支板等多個(gè)單件組成，各單件通過電子束焊焊接而成，存在多條焊縫。零件配合表面尺寸精度H7級(jí)，端面跳動(dòng)及圓周跳動(dòng)0.03～0.05，尺寸精度及技術(shù)要求嚴(yán)格，機(jī)加部位材料為高溫合金，材料硬度大，加工性能差，切削時(shí)塑性變形抗力大，切削負(fù)荷重，切削溫度高，加工后零件表面層的加工硬化及殘留應(yīng)力大，對(duì)所使用刀具的刀尖及邊界磨損極其嚴(yán)重，加工中極易產(chǎn)生變形。

3.零件狀態(tài)及數(shù)據(jù)檢測(cè)

為掌握零件加工變形情況，對(duì)關(guān)鍵、重要表面的技術(shù)條件進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，主要是前端外環(huán)的平面度、圓度及后端內(nèi)環(huán)的平面度、圓度。通過數(shù)據(jù)檢測(cè)分析，零件內(nèi)環(huán)狀態(tài)優(yōu)于零件外環(huán)狀態(tài)，但內(nèi)環(huán)平面度數(shù)值波動(dòng)較大，外環(huán)圓度數(shù)值雖然在0.15以上卻比較穩(wěn)定。零件精車工序在公差要求范圍內(nèi)，自由狀態(tài)跳動(dòng)值在0.05以下，銑花邊后破壞了應(yīng)力平衡，應(yīng)力重新分配，引起零件變形，精車完隨著應(yīng)力的釋放及銑花邊的切削力使零件跳動(dòng)增大。

4.存在問題及難點(diǎn)分析

（1）渦輪后機(jī)匣加工精度高，在加工過程中零件壓緊狀態(tài)及自由狀態(tài)下檢測(cè)零件狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。

（2）零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為焊接機(jī)加件，有多條焊縫，加工過程中受焊接應(yīng)力不斷釋放和機(jī)加殘余應(yīng)力的作用，造成零件變形。

（3）零件屬于典型薄壁機(jī)匣，機(jī)匣主體壁薄，加工易產(chǎn)生顫振、回彈等現(xiàn)象。

（4）機(jī)械加工工序定位裝夾采用壓板壓緊，沒有輔助支撐，剛性差，不利于控制機(jī)匣的加工變形。

（5）后機(jī)匣內(nèi)環(huán)屬于懸臂結(jié)構(gòu)，加工過程中由于焊接應(yīng)力釋放及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響，零件發(fā)生變形，焊接后各支板軸向、角向位置難以保證。

5.基于過程控制的工藝方案優(yōu)化

通過分析目前零件加工工藝工程和現(xiàn)場(chǎng)加工情況，從細(xì)化零件裝夾找正要求，增加輔助支撐，細(xì)化操作步驟，控制加工過程質(zhì)量等方面來進(jìn)行工藝優(yōu)化，從而改善零件變形情況，提高零件加工質(zhì)量。

5.1 工藝路線及加工余量的調(diào)整

5.1.1 工藝路線優(yōu)化

為減少渦輪后機(jī)匣的變形，對(duì)渦輪后機(jī)匣前、后段工藝方案進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)渦輪后機(jī)匣前、后段機(jī)加過程中增加熱處理工序，并在熱處理工序后，安排兩道修復(fù)零件端面和內(nèi)外圓的工序，保證渦輪后機(jī)匣前、后段的端面和圓度處于較好的狀態(tài)，從而減少渦輪后機(jī)匣焊接及后續(xù)組件在加工中的變形。

5.1.2 加工余量調(diào)整

將原加工方案機(jī)加余量為2mm～6mm調(diào)整為各表面機(jī)加余量均勻2mm～3mm，如圖2、圖3所示，使組件加工余量減少，減少由于去除大余量產(chǎn)生的加工應(yīng)力對(duì)零件變形的影響。

5.2 增加輔助支撐，提高系統(tǒng)剛性

零件為焊接機(jī)加件，零件內(nèi)環(huán)與外環(huán)殼體通過支板連接，屬于懸臂結(jié)構(gòu)，零件大端內(nèi)環(huán)及小端外環(huán)有花邊，內(nèi)外環(huán)端面有連接孔，且機(jī)匣主體壁薄，剛性差，加工渦輪后機(jī)匣內(nèi)環(huán)及小端外環(huán)在鉆孔及銑花邊時(shí)剛性不足，受切削力作用，產(chǎn)生顫振、回彈等現(xiàn)象，為了增強(qiáng)系統(tǒng)剛性，優(yōu)化后工藝在銑花邊及鉆孔工序增派輔助支撐夾具，在內(nèi)環(huán)端面采用自適應(yīng)工裝模塊支撐夾緊，既起到支撐作用，又不會(huì)導(dǎo)致零件的附加變形，如圖4所示為零件銑花邊及鉆孔輔助支撐局部圖。

5.3 改進(jìn)前后安裝邊背面槽刀

零件精車工序采用專用車槽刀具代替原焊接車刀，由于加工部位比較封閉，容易發(fā)生干涉，同時(shí)刀具角度需要重新磨削，依賴工人的技能，調(diào)整后的工藝優(yōu)化化刀具及參數(shù)，以提高零件加工的工藝保證能力。如圖5、圖6所示分別為原加工刀具與現(xiàn)加工刀具圖片。

5.4 采用銑螺紋加工代替手動(dòng)攻絲

渦輪后機(jī)匣端面孔螺紋有多處，采用手動(dòng)攻絲方法加工表面質(zhì)量及螺紋孔垂直度不好，通過優(yōu)化螺紋孔加工方式，取消手動(dòng)攻絲，端面螺紋孔加工使用外購(gòu)螺紋銑刀，全部采用數(shù)控銑方法完成，提高了螺紋孔的垂直度和表面質(zhì)量，減小因加工誤差產(chǎn)生的裝配應(yīng)力，更好的保證組件裝配精度。

6.現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證情況

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，工藝中貫徹各項(xiàng)優(yōu)化措施，根據(jù)改進(jìn)方案對(duì)零件進(jìn)行加工驗(yàn)證，驗(yàn)證期間對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，從收集的數(shù)據(jù)分析零件的加工質(zhì)量保證情況，零件的加工效率及變形狀態(tài)較以前工藝有一定的提高，在保證設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，零件變形狀態(tài)數(shù)據(jù)均有所改善。

6.1 提高零件加工質(zhì)量

零件自由狀態(tài)數(shù)據(jù)有一定改善，零件實(shí)際狀態(tài)較批產(chǎn)零件數(shù)據(jù)對(duì)比情況：外環(huán)前端面平面度0.09減小到0.06，外環(huán)前端面圓度0.15減小到0.13，內(nèi)環(huán)平面度由0.07減小到0.03，內(nèi)環(huán)圓度由0.11減小到0.08，技術(shù)條件得到有效改善。

6.2 提高零件加工效率

銑花邊及鉆孔工序采用快換結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)輔助支撐工裝，減少零件找正時(shí)間，零件粗加工的余量進(jìn)一步減少，減少機(jī)加工時(shí)間，精車工序采用專用刀具替代普通焊接車刀，減少了人為修磨刀具帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在提高加工效率的同時(shí)提高了零件加工的質(zhì)量保證能力。

參考文獻(xiàn)

[1]閆龍，黃金艷.高壓渦輪機(jī)匣加工優(yōu)化[J].中國(guó)科技博覽，2015（35）：324-324.