铝合金帽罩前段的工艺研究

时间：2024-05-17

马镇镇　张　娟李　莹　冯守胜（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

铝合金帽罩前段的工艺研究

马镇镇张娟李莹冯守胜
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

铝合金帽罩前段尺寸和技术条件多，有样条曲线的外型面、3条直线段圆滑转接组成内型面、孔、槽、喷漆、螺旋渐进线、静平衡、硫酸阳极化等多项技术要求，初始静平衡量精度要求严，加工很难保证。经过分析研究，合理安排工艺路线和加工方法，选择合适夹具和刀具，研究具体加工方案，加工出合格工件，满足了设计要求，对研究类似工件有着重要意义。

静平衡；返修；变形；加工

1 概述

帽罩前段为发动机最前端的一个部件，就其装配的位置简单的理解为是飞机发动机的防护罩。本零件为转子件涉及静平衡，由于零件加工过程中初始不平衡量往往满足不了产品最终的要求，造成零件常常返修，严重影响了现场加工的时间和周期；零件最终平衡不平衡量的质点不稳存在跑偏现象，严重影响后续装配组件的平衡确定。

帽罩前段所采用的材料为2A70，它属于AL-Cu-Mg-Fe-Ni系铝合金，此材料加工性能差，在切削加工过程中热变形极为严重。通过控制零件变形控制间接控制静平衡的初始不平衡大小和最终不平衡量质点稳定的可行性，实现此类特殊工件的技术突破，对研究铝合金转子锥体件有着重要的意义。

2 制定工艺前准备

2.1零件分析

帽罩前段从外貌来看整个形状就是一个内部空腔带阶梯的锥体物体，是某机中与发动机外壳进气口端部连接的部件，能有效防止飞行异物吸入飞机发动机，是一种新型的能有效改善飞机安全性的装置。帽罩前段本身的结构属于端面孔和外型面槽不对称，设计图要求当支撑在最大端安装边表面上时，内﹑外径表面相对零件中心轴线的径向跳动公差0.1mm，内﹑外径轮廓度要求0.16mm；在满足设计图机加工的技术要求的条件下，很难实现工件以最大安装边端面和零件中心轴线为基准的情况下初始不平衡量不大于50g. cm；允许最终不平衡量5g.cm。我们以前从未加工过类似结构要求静平衡精度这么小的零件，没有可借鉴的加工经验。

2.2 工件切削加工性

工件材料为2A70，它属于AL-Cu-Mg-Fe-Ni系铝合金，此材料加工性能差，在切削加工过程中热变形极为严重，时效处理采用自然时效，材料随着温度变化变形不稳定，严重影响零件壁厚差和同轴度要求，属难加工材料。

为了保证零件加工过程中内﹑外型面同轴，壁厚差一致，相关的夹具设计很复杂，必须满足内﹑外圆一次装夹同时车加工；依据夹具结构的设想，适应加工零件的工艺路线就会发生很大的变化；控制零件的变形不能仅仅考虑夹具和工艺路线还应结合数控程序的改进﹑刀具装夹的方式﹑刀具的选择﹑及现场加工过程中存在的问题整体分析控制零件的变形实现零件要求静平衡初始允许的不平衡量为500g. mm。

3 主要表面的加工方法

3.1 零件加工夹具的设计

考虑零件的结构及满足零件初始不平衡量的要求，先确定零件装夹的基准，实现一次装夹加工内﹑外型面，保证零件同轴﹑壁厚差均匀。

3.2 零件加工的路线选择

为了保证零件初始静平衡一次加工合格，就要考虑零件加工过程中内﹑外型面的精度控制，缩严内﹑外型面技术要求，保证静平衡前零件内﹑外型面轮廓度为0.05，整圈跳动不大于0.03，对点不少于4点跳动为0；对同一个截面的壁厚差在三坐标机上数据检测保证同一截面壁厚差不大于0.03；避免因钻孔﹑铣加工等工序对零件最终表面的精度影响，内﹑外型面最终表面需要在所有加工工序之后进行，同时配合专用工装随型夹具的使用；确定了适合零件加工的车加工工艺路线：留安装边去毛料余量-粗车内﹑外型面-细车内型面-半精车外型面及去除安装边-铣加工﹑钻孔-半精车内型面-钻180个孔-使用随型夹具精车内﹑外型面。

零件基准面止口加工过程控制不好容易使尺寸产生的超差，主要注意零件的加工顺序和加工最后一刀时零件放置的时间，编制类似零件时需要注意半精车对精车加工的余量单边0.4-0.5即可，避免零件加工量大对零件使用随型夹具前的定位止口加工产生变形问题；

3.3数控车加工

对于内﹑外型面加工我们采用数控车床加工，同时采用R0.8偏刀或者R更小的车刀进行加工控制零件加工表面的精度﹑减少切削面积﹑减少切削应力，加工过程中减少进刀量，可从而控制零件的变形。

加工过程中的刀具装夹采用与主轴平行装夹切削；其目的是增大刀具前角，减少前刀面挤压切削层时的塑性变形，减少切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减少切削力﹑切削热和功率。

程序中使用G97﹑G96﹑G50指令，这样可以保证直径变化，但主轴的线速度不变，从而保证切削速度不变使得工件表面的质量保持一致。

3.4孔及铣槽的加工

工艺加工基准不平，对零件初始不平衡量值影响很大，不能仅仅考虑车加工的基准还应注意铣加工的余量是否均匀；端面上的不对称孔及对应的槽加工对零件的初始静平衡不平衡量的影响很大，我们采用对称铣﹑钻，圆弧进刀，分层铣加工保证分层铣削距离一致，控制零件变形。

3.5 静平衡

静平衡采用立式平衡机，制作专用夹具。专用夹具设计时结合总装配时工件帽罩前段与相配件的间隙要求，考虑专用平衡夹具的定位基准及止口的尺寸设计。平衡工件前先对夹具进行静平衡，找正夹具的配合表面的跳动不大于0.01，夹具的不平衡量应不大于1g.cm。然后再对工件进行静平衡，找正工件外圆跳动不大于0.02，保证工件初始不平衡量不大于50g. cm再按设计要求位置及尺寸用铣削加工和打磨方法去除材料，剩余不平衡量不大于5g.cm，去除后表面粗糙度为Ra3.2。