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航空發動機渦輪機（jī）匣銑加（jiā）工工藝研究

2014-10-13 來（lái）源：數（shù）控機床市場網作者：沈陽（yáng）黎（lí）明航空發動機王濤郝曉光

摘（zhāi）要：本文通過剛（gāng）性分析、工裝自製、刀具試驗、刀軌優化、變形控製等多方麵入手，對美國普惠公（gōng）司某型航空發動（dòng）機（jī）渦輪機匣進（jìn）行（háng）銑加工工藝研（yán）究。攻克了高溫合金機匣複雜型麵、腰（yāo）槽及島加工的諸（zhū）多（duō）技術難題。積累（lèi）了一定（dìng）的大進給去餘量、薄壁加工變形控製、輔助支撐工裝設（shè）計等工藝經驗。

關鍵詞：高溫合金；腰槽；變形控製；飛碟銑刀

1 引言

該渦輪機匣材料為 INCONEL 高溫合金，這些極具挑戰的工件材料往往對加工造成諸多影響，一般對車削不會產生太大影響，而對銑削影響較大，往往需要多次銑削去除大量材料，這樣耗費了大（dà）量的成本。傳統銑削刀具不能高效（xiào）率的完成該使命（mìng），銑削（xuē）中的（de）刀具迅速磨損及大量的切削熱甚至會融化刀片。為此選用能夠減少刀片切削刃（rèn）的溝槽（cáo）磨損（sǔn），並能采用（yòng）更高（gāo）的進給量的銑削刀（dāo）具，成為確保加工安全高效的（de）關（guān）鍵所在。為了追求更大的推重（chóng）比，機匣設計了大量采用島、槽、筋等結構，這類結構的（de）加（jiā）工工藝就需要精心規劃（huá），往往需要設計大量非標刀具達到去除材料的目的，加工時還必需考慮到薄（báo）壁件（jiàn）的一些列加工變形問題。

本文就某 PW 渦輪機匣加工難點（diǎn）進（jìn）行深入分析，精心設計銑加（jiā）工工藝，並進行實際加工，摸索加工規律。

2 零件分析

2. 1 結構分（fèn）析

該渦輪機匣為典型薄（báo）壁環形（xíng）高溫合金件，最大外圓為（wéi） 1063mm ，高（gāo）為130mm ，壁厚僅為 2.3mm 。主要結（jié）構（gòu）有：

（1）大、小端麵共有 130 個開口槽及 260 多處孔；

（2）靠近（jìn）大端麵內型有一加強（qiáng）筋，筋上有四組（zǔ）不同大小共 169 孔，其中有一直徑僅為 2.18mm 的盲孔和 84 個（gè）直徑為3.3mm 精度較高的鉚接孔，筋的（de）下端有（yǒu）42個 U 型窩；

（3）中部斜麵上（shàng）有四個不均布的島，每個島上有（yǒu）6處螺紋孔，其中兩處為盲孔，每個島子中間有內外不同心的孔；

（4）小（xiǎo）端較為複雜，尤其是小（xiǎo）端內型槽，屬於凹陷的形式，加工十分困難，63 處偏心腰槽與底麵為 25.5°，與噴塗槽相通，無論是加工還是噴塗，都是個挑（tiāo）戰。

2. 2 加工難點分析

難（nán）點 1：零件大部分餘量需要采用銑削的方式進行（háng）去除，特別是零件外型側壁上，有近 17m m 餘量，采用傳統的整體硬質合（hé）金銑刀或盤銑刀（dāo），效率（lǜ）將十（shí）分（fèn）低下；

難（nán）點 2：島嶼中心孔采用傳統的鑽削方式（shì）又會擔心產生較大的變形，采用硬質合（hé）金刀具去餘量，會消耗大量（liàng）刀具，且效（xiào）率十分低下；

難點 3:小端內型（xíng）麵的 63 處（chù）腰槽，寬度僅為（wéi） 6.3mm ，長度為 17.27mm ，為保證（zhèng）零件加工精度，需要（yào）采用刀補程序，這樣刀具選用就限定了一定的範圍，還必需要求（qiú）刀具（jù）具有（yǒu）一（yī）定的長度，防止出現加（jiā）工碰（pèng）撞。

3 加工難點解（jiě）決方（fāng）案

3. 1 斜麵去餘量解決方案（àn）

由於餘量過大，采用了（le）伊斯卡Φ40R2 飛碟銑刀進行粗去餘量，嚴格沿切線切入、切出，防止出現打刀，並采用內冷方式對刀具（jù）進行冷卻。如圖 1 所示，加工一個型麵需加工四刀，每加工一刀，觀察並更（gèng）換刀片，參數轉速為 S=200r/min，f=350mm/min，ap=1mm 。將餘量完全去除共消耗刀片 20 片。

由於切線切入切除，必然有較多（duō）殘留，所以需要清根，同樣也不選用效率低且（qiě）成本高（gāo）的（de）整體（tǐ）硬質合金（jīn）刀具，而選用（yòng）山高 Φ32R6 可換（huàn）刀片刀具進行加工。為防止出現打刀，將島子每側清根分成 5 個程序分層加工切（qiē）削，參數為 S=400r/min，f=150mm/min，ap=1mm 。比傳統硬質合（hé）銑刀去餘量加工效率提高較（jiào）多，同樣降低了大量的刀（dāo）具及人工成（chéng）本，見圖 1。

圖 1 飛碟銑刀去（qù）斜麵餘量

3. 2 斜麵島子中間（jiān）孔去餘量解決方案

傳統方案為采用（yòng） U 鑽直接鑽孔，這樣會產生較大的力，會造成零件出現（xiàn）較（jiào）大變形（xíng），而且（qiě）容（róng）易出現零件竄動的現（xiàn）象（xiàng），對夾具也是個考驗。或者采用整體硬質合金鑽頭鑽底孔後采用大直徑合金銑刀銑孔，這樣效（xiào）率比較低，成本也較高（gāo）。針對這些問題，決定選用而選用（yòng）山高 Φ32R6 可換刀片刀具進（jìn）行螺旋銑，這樣既節省了刀具，又提高了效率。加工路線如圖2所示。采用螺（luó）旋銑，銑出盲孔，為後續精銑（xǐ）加工留取足夠的餘量。切削參數為，S=397r/min，f=40mm/min，ap=1mm ，見圖 2。

圖 2 螺旋銑去餘量

3. 4 銑 63 腰槽

首先，采用 D5R0. 2 銑（xǐ）刀銑（xǐ）出平麵。采用 UG CAM 的 ZLEVEL 方（fāng）式編製（zhì）銑斜平麵（miàn）的程序，留取 0.5mm 餘量。銑出該平麵（miàn）為打孔（kǒng）去餘量做好準備。其次，采用 D3 鑽頭進（jìn）行打點及鑽孔，在腰槽中鑽出 3 個孔，這樣可去除大部分餘量，也能有有效（xiào）的預防（fáng） D5 銑刀的打刀現象。

采用（yòng） UGCAM 編製出鑽孔程序。再次，采用 D5 銑刀進行粗銑。使用 UGCAM 的ZLEVEL 編製方式編製分層粗（cū）銑的方式，每層深度 0.5mm ，單邊留取 0.2mm 餘量。最後，采用 D5 銑（xǐ）刀（dāo）進行精銑，使用 UCCAM 固定軸銑方式，編製輪廓程序，使用刀補進行加工，保證零件（jiàn）加工合格（gé）。加工時必須注意使用輔助支撐夾具對零件小端進行支撐，盡量降低加工時的（de）切削振（zhèn）動，防止刀具斷裂。

4 結語

通過 PW 公司（sī）零件新件研製任務的展開，對某渦輪機匣加工工藝進行了精（jīng）心的規劃設計，並嚐試各種方案，攻克了諸多高壓渦輪機（jī）匣研製的技術難題，在大進給去餘量積累一定的（de）經驗，充分（fèn）掌握了大進給銑刀使（shǐ）用方法，若渦輪機匣若（ruò）采用切削刀具的耐熱性（xìng）更高且不易與工件材料產生化學反應，具有出色的抗溝（gōu）槽磨損性能（néng）的陶瓷刀片，效率將會大大提高，同樣也在腰槽加工刀具（jù）選用、參數選擇、變形控製（zhì）等方麵取得一定的成果。這些經驗為為（wéi）我（wǒ）公司與 PW 公司長期合作打（dǎ）下了堅實的基礎（chǔ）。

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