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时间:2019-01-09
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1、涡轮后机匣加工工艺优化 摘要:涡轮后机匣是飞机发动机的重要高温承力部件,零件的加工质量影响发动机的装配质量。然而涡轮后机匣结构复杂,存在加工精度高、加工易变形等加工难点,是加工的一大难题。本文通过对零件结构及加工工艺分析,确定影响零件变形的因素及加工难点,从控制零件加工过程质量、增加辅助支撑工装、优化切削加工刀具等方面优化现有工艺,改进工艺规程,解决现有加工问题。 关键词:工艺优化;变形控制;工艺方案 中图分类号:TP321文献标识码:A 0.引言 涡轮后机匣处于飞机发动机的支点位置,处于发动机装配的关键部
2、位,轴承座等零件的装配都需要以涡轮后机匣的端面和孔为装配基准,因此保证零件加工后的尺寸加工精度和形位公差至关重要。该零件属于焊接结构件,并且是薄壁零件,加工过程中常出现振颤、变形等加工问题。由于零件装夹及机械加工过程出现应力残留,在零件放置及装配期间会出现应力释放导致的变形,造成零件状态发生变化,影响飞机发动机的装配质量。为提升零件的加工质量,进行零件的加工工艺优化意义重大。 1.技术指标的拟定5 通过分析后机匣的设计图纸及装配过程可知,发动机装配时需要先装配轴承座组件,然后将轴承座组件装配到涡轮后机匣上。装配后
3、需要在涡轮后机匣的前端外环进行精密定位孔的加工,技术条件要求严格。从设计基准及技术条件要求看,后端内环安装轴承座端及前端外环为重要表面,因此将这两处技术条件的检测作为重要监控指标,如图1所示。 2.零件结构及技术条件分析 零件为焊接组合件,整个机加组件由涡轮后机匣前、后段,内环,支板等多个单件组成,各单件通过电子束焊焊接而成,存在多条焊缝。零件配合表面尺寸精度H7级,端面跳动及圆周跳动0.03~0.05,尺寸精度及技术要求严格,机加部位材料为高温合金,材料硬度大,加工性能差,切削时塑性变形抗力大,切削负荷重,切削
4、温度高,加工后零件表面层的加工硬化及残留应力大,对所使用刀具的刀尖及边界磨损极其严重,加工中极易产生变形。 3.零件状态及数据检测 为掌握零件加工变形情况,对关键、重要表面的技术条件进行数据检测,主要是前端外环的平面度、圆度及后端内环的平面度、圆度。通过数据检测分析,零件内环状态优于零件外环状态,但内环平面度数值波动较大,外环圆度数值虽然在0.15以上却比较稳定。零件精车工序在公差要求范围内,自由状态跳动值在0.05以下,铣花边后破坏了应力平衡,应力重新分配,引起零件变形,精车完随着应力的释放及铣花边的切削力使零
5、件跳动增大。 4.存在问题及难点分析 (1)涡轮后机匣加工精度高,在加工过程中零件压紧状态及自由状态下检测零件状态会发生变化。5 (2)零件结构复杂,为焊接机加件,有多条焊缝,加工过程中受焊接应力不断释放和机加残余应力的作用,造成零件变形。 (3)零件属于典型薄壁机匣,机匣主体壁薄,加工易产生颤振、回弹等现象。 (4)机械加工工序定位装夹采用压板压紧,没有辅助支撑,刚性差,不利于控制机匣的加工变形。 (5)后机匣内环属于悬臂结构,加工过程中由于焊接应力释放及结构应力的影响,零件发生变形,焊接后各支板轴向、
6、角向位置难以保证。 5.基于过程控制的工艺方案优化 通过分析目前零件加工工艺工程和现场加工情况,从细化零件装夹找正要求,增加辅助支撑,细化操作步骤,控制加工过程质量等方面来进行工艺优化,从而改善零件变形情况,提高零件加工质量。 5.1工艺路线及加工余量的调整 5.1.1工艺路线优化 为减少涡轮后机匣的变形,对涡轮后机匣前、后段工艺方案进行了优化,对涡轮后机匣前、后段机加过程中增加热处理工序,并在热处理工序后,安排两道修复零件端面和内外圆的工序,保证涡轮后机匣前、后段的端面和圆度处于较好的状态,从而减少涡轮后
7、机匣焊接及后续组件在加工中的变形。 5.1.2加工余量调整5 将原加工方案机加余量为2mm~6mm调整为各表面机加余量均匀2mm~3mm,如图2、图3所示,使组件加工余量减少,减少由于去除大余量产生的加工应力对零件变形的影响。 5.2增加辅助支撑,提高系统刚性 零件为焊接机加件,零件内环与外环壳体通过支板连接,属于悬臂结构,零件大端内环及小端外环有花边,内外环端面有连接孔,且机匣主体壁薄,刚性差,加工涡轮后机匣内环及小端外环在钻孔及铣花边时刚性不足,受切削力作用,产生颤振、回弹等现象,为了增强系统刚性,优化后
8、工艺在铣花边及钻孔工序增派辅助支撑夹具,在内环端面采用自适应工装模块支撑夹紧,既起到支撑作用,又不会导致零件的附加变形,如图4所示为零件铣花边及钻孔辅助支撑局部图。 5.3改进前后安装边背面槽刀 零件精车工序采用专用车槽刀具代替原焊接车刀,由于加工部位比较封闭,容易发生干涉,同时刀具角度需要重新磨削,依赖工人的技能,调整后的工艺优化化刀具及
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