闭环式整体机匣工艺研究

摘 要：某机第七级机匣属于新机种，属于闭环式整体机匣。采用全新的设计结构和理念，以使飞机在传统的性能和结构上有更大的突破。此项加工技术，在国外已经应用在航空、航天等领域，已经日臻成熟，而我国此项技术才刚刚起步。

关键词：闭环式整体机匣；高温合金；叶片；电极

中图分类号：TB 文献标识码：A

1 概述

第七级机匣采用全新的设计结构和理念，在国内发动机上尚属首次应用。材料为GH4169，属于难加工材料，在Φ360～Φ400范围内均布90片叶片，连接内外机匣形成独特的闭式结构。据了解此种结构将在新一动机上广泛应用，且叶片与叶片之间的间隔小，叶型偏转角度大，为34度；叶片与内外机匣过度圆角为R1.2，给机械加工带来很大难度。

2 研究内容

本文从零件结构特点、 材料和毛坯的选择、材料的性能、工艺方法的确定、工艺路线的定制等几个方面来论证零件的加工过程。此项课题的成功会带来机匣加工技术的全面革新，会解决机匣机械加工变形、焊接变形、热处理等带来的一系列问题。开创闭环式整体机匣加工的先河，填补行业及国内此项加工技术空白。

3 技术方案

3.1 总体技术方案及其实施过程与效果

3.1.1 结构特点：①整体工艺性差、加工位置敞开性差，不容易下刀；②零件与刀具干涉，不能一次加工完成，需要翻转零件二次接刀加工，易产生接刀痕迹；③需要大量的刀具铣叶型和过度圆角；④加工周期长，且需要编制大量的数控程序；⑤特种工艺多，包括腐蚀、荧光、钎焊、时效热处理、喷涂等，加之零件结构特别复杂，给工艺安排带来相当大的难度。零件的结构如下图：

综合以上分析和图示，零件采用机械加工难度大，费用也会随之增高，加工周期长。并通过大量调研，采用电火花成型加工，成本低、周期稍长。而且通过电火花成型技术可以一次将零件的叶形、叶片顶径、叶片底径加工出来，避免了机械加工的接刀问题，也可以降低机械加工的繁琐。

3.1.2 技术方案及途径

需要突破的技术关键：①此项技术属于国内首次应用，无可借鉴的工艺模式，工艺的安排需靠经验摸索确定；②零件在Φ360～Φ400范围内均布90片叶片，连接内外机匣形成独特的闭式结构。且叶片与叶片之间的间隔小，敞开性不好，电加工时不容易下刀；③叶型偏转角度大，为34度，叶片与流道面都是空间型面，叶片与内外机匣过度圆角为R1.2，加之叶片与叶片之间的间隔小，给电极的制作带来难度；特种工艺多，包括腐蚀、荧光、钎焊、时效热处理、喷涂等，加之零件结构特别复杂，给工艺安排带来相当大的难度。

3.1.3 具体技术措施及可行性分析

①工艺路线的制定。针对以上技术难点，通过调研，收集国内外相关资料，结合特种工艺的特点，设计出适合此零件加工的工艺路线；粗车细车腐蚀检查精车加工角向孔电加工叶型精加工叶型叶型抛光荧光检查最终检验。②夹具的制作：根据装夹定位的要求，设计并制作电加工夹具。即要便于找正，又要便于加工。③根据设计图纸，建立UG模型。④制作电极，并确定电极控制点。电极分为粗加工电极和精加工电极。⑤根据设计图和电极编制数控程序（程序略）。

3.1.4 具体加工过程及问题解决措施

试加工的准备工作及问题解决：①试件的制作。试件分为两种，一种是尺寸规格与零件相同但材料不同的试件。由于是首次加工，为确保零件能够合格，先制作一试验件。试验件与零件具有相同的尺寸规格。以便于在试加工中真实的反映出遇到的真实问题，能够及时正确、科学的解决；另一种是从零件毛坯上取下的试件，用来确定加工参数、电极数量、加工时间等。②电极的加工与检测。电极根据零件UG模型生成电极模型，然后在机械加工成形。电极的精度决定零件的精度。因此，加工后的电极要进行检测。为得到精确的数据，对电极的叶盆、叶背、顶径、底径、控制点进行测量，每个电极检测两次。叶盆、叶背数据（略去）。将电极测量数据记录在案，将测量结果与电极放一起交给操作人员，为确定精加工进给量提供依据。所有的电极都要进行检测，将电极按照精度由低到高排序。加工时按照精度由低到高的排序来使用电极，这样在不断的修复加工中，使零件保持最高的精度。③试件的试加工与检测：（1）先加工与零件材料相同的试件。用来确定电流大小、电极数量、加工时间等。（2）加工与零件尺寸规格相同的试件。试件加工两个腔（相当于一个叶片）后，进行检测，将检测后的数据与叶型理论数据、电极数据对比。对比数据如下图

通过上图数据看，叶盆的测量结果明显好于叶背的测量结果，这与电极的加工有关系。电极的叶背比叶盆好，从而导致加工完成后的叶片的叶盆比叶背好。

分析误差产生的原因后，对不同误差的电极采取不同的进给量，再进行试加工，误差排除，叶片的轮廓接近理论值，在±0.01mm以内，可以进行正式加工。

2 零件正式加工中的关键及问题解决

零件的正式加工

①加工，先将零件的内腔用粗加工电极打通，以减少精加工的余量。

②零件的精加工，先进行半精加工，用电极将叶型、顶径、底径的轮廓加工出来，单边按理论预留约0.1mm的余量。将圆周90片叶片加工后检测叶型、顶径、底径，确认余量的剩余情况。对比数据如下图

通过余量分析后，再进行下一轮加工。由于电火花加工时，电极和零件都被电蚀，随着加工叶片的数量和时间的增加，电极的外廓尺寸会逐渐变小，叶片会逐渐肥大。第一轮加工从0°位置起始加工，为保证修叶片的厚度均匀，一致性好，第二次加工从60°位置起始加工，第三次从120°位置起始加工。第四、五……依次按60°递增，如此反复多次将叶型修整到理论尺寸。

3 零件叶型的检测

在三坐标测量机上抽检叶片，叶片按0°、60°、120°、180°、240°、300°抽检，得到叶片的实际坐标数据和偏差数据值。只将偏差数据值列出。叶片的理论数据对比，以确认叶型是否合格。叶片在各个角度位置的偏差值如下表

对表中列出的数值，如有突然增大或减小的点，可以认为是坏点，或偏差较大的曲线，可以重新测量。从两图中可以看出，叶盆的尺寸变化较大，部分尺寸接近下差，个别的尺寸超出公差范围。经重新测量超差的叶片，都在合格范围内。是由于测量因素造成的。

抛光：加工后的叶型表面存在重熔层，而且表面光度达不到设计要求。采用磨粒流进行抛光去除，同时提高表面的光度。

通过上述过程的加工，我们可以得到完全符合设计要求的零件。

结语

通过对上述工艺方案的实施，能够按照设计图纸加工出合格零件，。证明了本工艺方案的正确性和科学性。同时也摸索出一条闭环式整体机匣的加工工艺方案，为相似零件加工提供借鉴。

参考文献

[1]刘传绍.机械制造工艺学[M].机械工业出版社.2011.

[2]魏鉴梅.结构件制造技术[M].科学出版社.

[3]工程材料手册[Z].中国标准出版社.

[4]王聪梅，机制造技术.科学出版社.2002.