CN104476112B - 一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法 - Google Patents

一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法，属于机械制造领域，该加工方法改变了以往内、外型面分不同工序加工，余量分配不均，尺寸难以保证的加工方式，即保证了零件合格交付，又保证了单、组件之间的接刀要求，最终形成了以单件三道车加工、组件一道车加工、镗孔加工为主干的工艺流程；本发明零件加工过程中充分考虑薄壁机匣易变形因素，精车加工及镗孔加工中均采用不同方式的辅助支承方式以防止零件颤动；对精车加工刀具的选择、走刀路线、参数方面都进行了优化；另外，采用螺纹铣加工技术替代了高温合金小直径螺纹孔手动攻丝；采用此加工方法能够保证零件的尺寸精度，并实现高质量、高效率、低成本，市场应用前景广阔。

Description

一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法。
背景技术
随着我国航空工业的飞跃发展，大型运输飞机技术不断完善，大型运输发动机技术也在持续改善，随之对零件的要求也越来越高；大直径机匣零件广泛的应用在大型运输发动机上，作为典型机匣零件的薄壁锥体整体机匣，此类机匣的特点是结构复杂、尺寸精度高、薄壁、材料难加工等；
低压涡轮机匣单元体是由低压涡轮轴组件、低压涡轮静子部分组合件和低压涡轮机匣单元体三部分组成；低压涡轮静子部分组合件中最重要的组成部分也就是低压涡轮机匣焊接组合件，它的内部装配导向叶片以及转子叶片外封严环组合件(俗称“蜂窝”)，外部装有6个热电偶，机匣外侧有3个测压孔和3个观测孔；
低压涡轮机匣焊接组合件属于大型薄壁机匣(最大直径为1065mm，壁厚1.45mm)，结构较为复杂，机匣内部有6道凹槽，槽体侧面有U型槽，外侧焊接3种共12个凸台，前、后安装边钻有孔。大型机匣和薄壁机匣在加工中所面临的最重要的问题就是加工中侧壁及前、后安装边容易引起变形；零件在焊接之后同样也会引起变形。因此，克服机匣变形是加工中面临的重大问题。机匣的内部布有多道异型环槽，且尺寸较小、精度较高；机匣材料为GH4169硬度较大，加工困难；由于机匣直径的增加，其变形量更难控制；
低压涡轮机匣焊接组合件是由低压涡轮机匣壳体在焊接凸台后组成的；目前，加工方案是加工完所有的机匣尺寸再对机匣焊接后的凸台进行加工，机匣内、外型面分不同工序加工，余量分配不均，尺寸难以保证，不能保证零件合格交付和单、组件之间的接刀要求，现有加工方案加工后的零件在焊接后变形极大，直径尺寸最大变形达2mm以上，内部环槽也严重变形，零件在不符合设计要求的同时也影响了导向叶片以及转子叶片外封严环组合件正常的装配；
为了避免零件变形，满足大型运输发动机研制，需要一种稳定的加工方法来实现零件的加工要求。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提出一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法，以达到解决高温合金大直径薄壁锥体整体机匣零件变形问题，在满足型号研制的同时，提高质量、加工效率和降低成本的目的。
一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法，包括以下步骤：
步骤1、将高温合金大直径薄壁锥体整体机匣毛坯料安装于机床上，对其进行粗加工；
步骤2、将粗加工后的机匣放置于热处理炉中对其进行去除应力处理；
步骤3、去除应力后，再重新将机匣安装于数控机床上，对其进行半精加工；
步骤4、将机匣通过外型面辅助支撑夹具固定于数控机床；
步骤5、对机匣小端进行精加工；
步骤6、对机匣大端进行精加工；
步骤7、对机匣的内型面进行粗加工；
步骤8、对机匣的外型面进行粗加工、再进行精加工；
步骤9、对机匣的内型面进行精加工；
步骤10、根据实际需求在机匣上某位置打径向孔；
步骤11、将安装座通过径向孔与机匣固定，形成组件；
步骤12、重复步骤4和步骤5，再次对机匣小端面进行精加工；
步骤13、对机匣内型面上的第二级至倒数第二级环槽的U型槽和外壁底端进行精加工；
步骤14、完成对高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工。
步骤9所述的对机匣的内型面进行精加工，过程如下：
步骤9-1、从机匣止口起对内型面进行精加工；
步骤9-2、当到达内型面上第一级环槽时，根据第一级环槽的U型槽的宽度、深度和底部半径，选取球刀，采用选定球刀对第一级环槽的U型槽进行精加工；
步骤9-3、完成对第一级环槽的U型槽的精加工后，切换刀具继续对机匣内型面进行精加工；
步骤9-4、当到达内型面上第二级环槽时，先采用槽刀去除第二级环槽的U型槽余量，再采用球刀对第二级环槽的U型槽进行精加工；
步骤9-5、采用与步骤9-4相同的加工过程依次对内型面其余环槽进行精加工；
步骤9-6、直至完成对内型面最后一级环槽的精加工。
本发明优点：
本发明一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法，该加工方法改变了以往内、外型面分不同工序加工，余量分配不均，尺寸难以保证的加工方式，即保证了零件合格交付，又保证了单、组件之间的接刀要求，最终形成了以单件三道车加工、组件一道车加工、镗孔加工为主干的工艺流程；本发明零件加工过程中充分考虑薄壁机匣易变形因素，精车加工及镗孔加工中均采用不同方式的辅助支承方式以防止零件颤动；对精车加工刀具的选择、走刀路线、参数方面都进行了优化；另外，采用螺纹铣加工技术替代了高温合金小直径螺纹孔手动攻丝；采用此加工方法能够保证零件的尺寸精度，并实现高质量、高效率、低成本，市场应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明一种实施例的高温合金大直径薄壁锥体整体机匣结构示意图；
图2是本发明一种实施例的高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法流程图；
图3是本发明一种实施例的低压涡轮机匣焊接组合件内部环槽车加工操作图，其中，1为刀具，2为刀轨，3为机匣环槽；
图4是本发明一种实施例的机匣小端面加工区域示意图；
图5是本发明一种实施例的机匣环槽加工区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
本发明实施例中，根据现有加工工艺的经验，解决零件焊接后变形过大行之有效的方法是对单件和组合件的余量进行调整，将除机匣外部的所有最终尺寸全部留给焊接后的组合件加工，这样就可以将焊接带来的变形在组合件的加工中去掉，保证尺寸要求。
本发明实施例中，对低压涡轮机匣进行加工，对低压涡轮机匣如图1所示，加工方法流程图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1、将高温合金大直径薄壁锥体整体机匣毛料安装于机床上，对其进行粗加工；
本发明实施例中，低压涡轮机匣作为单件，在其前、后安装边和内部环槽留有1mm到1.5mm的余量，与以往机匣加工路线相似，分粗车、半精车和精车加工；
本发明实施例中，采用UG NX7.5软件的CAM(计算机辅助制造)功能进行辅助编程，在建模、建立操作和后处理等过程后生成数控程序，如图3所示，程序生成后利用VERICUT软件模拟仿真，检查程序是否存在残留和过切等不合理之处，并对程序进行细微调整，利用VERICUT软件校验加工程序的准确性，辨识出那些会损坏零件，工装夹具和加工刀具的错误，包括：1)图纸或读图错误；2)编程不精确；3)快速移动时接触材料；4)错误的走刀路径；5)与工装夹具发生的碰撞；6)CAD/CAM和后处理器错误；7)分析加工中产生的应力。
步骤2、将粗加工后的机匣放置于热处理炉中对其进行去除应力处理；
步骤3、去除应力后，再重新将机匣安装于数控机床上，对其进行半精加工；
步骤4、将机匣通过外型面辅助支撑夹具固定于数控机床；
步骤5、对机匣小端进行精加工，具体步骤如下：
步骤5-1、对机匣小端外型面的下端面和圆弧面进行精加工；
如图4所示，本发明实施例中，采用球刀对第①区域进行精加工，转速为8-12r/min，给进速度为0.1-0.16mm/r；
步骤5-2、对机匣小端的外型面的侧壁进行精加工；
如图4所示，本发明实施例中，采用偏刀对第②区域进行精加工；
步骤5-3、对机匣小端的内型面的侧壁进行精加工；
如图4所示，本发明实施例中，采用偏刀对第③区域进行精加工；
步骤5-4、对机匣小端的内圆面进行精加工；
如图4所示，本发明实施例中，采用偏刀对第④区域进行精加工；
步骤6、对机匣大端面进行精加工；
步骤7、对机匣的内型面进行粗加工；
步骤8、对机匣的外型面进行粗加工、再进行精加工；
本发明实施例中，粗加工到精加工去除余量为0.2-0.3mm；
步骤9、对机匣的内型面进行精加工，过程如下：
步骤9-1、从机匣止口起对内型面进行精加工；
步骤9-2、当到达内型面上第一级环槽时，根据第一级环槽的U型槽的宽度、深度和底部半径，选取球刀，采用选定球刀对第一级环槽的U型槽进行精加工；
步骤9-3、完成对第一级环槽的U型槽的精加工后，切换刀具继续对机匣内型面进行精加工；
步骤9-4、当到达内型面上第二级环槽时，先采用槽刀去除第二级环槽的U型槽余量，再采用球刀对第二级环槽的U型槽进行精加工；
步骤9-5、采用与步骤9-4相同的加工过程依次对内型面其余环槽进行精加工；
步骤9-6、直至完成对内型面最后一级环槽的精加工。
步骤10、根据实际需求在机匣上某位置钻镗径向孔；
本发明实施例中，采用螺纹铣加工技术在机匣外型面钻有12个径向孔，供焊接安装座时使用；
步骤11、将安装座通过径向孔与机匣进行电子束焊接形成组件；
本发明实施例中，焊接后的组合件主要的加工目的就是要去掉壳体所留余量以及焊接后的变形；
步骤12、重复步骤4和步骤5，再次对机匣小端面进行精加工；
步骤13、对机匣内型面上的第二级至倒数第二级环槽的U型槽和外壁底端进行精加工1-1.5mm；
如图5所示，加工区域为⑤和⑥；
步骤14、完成对高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工。
本发明实施例中，在虚拟环境下进行零件的加工，加工结束后对零件进行分析，把设计实体同切削过后的实体进行自动比较从而发现过切或残留余量，在比较过程中可以整体比较，也可以分区域比较，根据比较的精度重新设置公差。
经实验证明，本发明有效的控制了零件变形，满足设计图纸及装配要求；加工周期提高了30％以上；加工成本降低了30％以上。

Claims (2)

1.一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将高温合金大直径薄壁锥体整体机匣毛坯料安装于机床上，对其进行粗加工；
步骤2、将粗加工后的机匣放置于热处理炉中对其进行去除应力处理；
步骤3、去除应力后，再重新将机匣安装于数控机床上，对其进行半精加工；
步骤4、将机匣通过外型面辅助支撑夹具固定于数控机床；
步骤5、对机匣小端进行精加工；
步骤6、对机匣大端进行精加工；
步骤7、对机匣的内型面进行粗加工；
步骤8、对机匣的外型面进行粗加工、再进行精加工；
步骤9、对机匣的内型面进行精加工；
步骤10、根据实际需求在机匣上某位置打径向孔；
步骤11、将安装座通过径向孔与机匣固定，形成组件；
步骤12、重复步骤4和步骤5，再次对机匣小端面进行精加工；
步骤13、对机匣内型面上的第二级至倒数第二级环槽的U型槽和外壁底端进行精加工；
步骤14、完成对高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工。
2.根据权利要求1所述的高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法，其特征在于：步骤9所述的对机匣的内型面进行精加工，过程如下：
步骤9-1、从机匣止口起对内型面进行精加工；
步骤9-2、当到达内型面上第一级环槽时，根据第一级环槽的U型槽的宽度、深度和底部半径，选取球刀，采用选定球刀对第一级环槽的U型槽进行精加工；
步骤9-3、完成对第一级环槽的U型槽的精加工后，切换刀具继续对机匣内型面进行精加工；
步骤9-4、当到达内型面上第二级环槽时，先采用槽刀去除第二级环槽的U型槽余量，再采用球刀对第二级环槽的U型槽进行精加工；
步骤9-5、采用与步骤9-4相同的加工过程依次对内型面其余环槽进行精加工；
步骤9-6、直至完成对内型面最后一级环槽的精加工。
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