CN115178980B - 导叶机匣加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，公开一种导叶机匣加工方法，导叶机匣为四部分分体组合结构，导叶机匣周向具有多处组合台阶孔，导叶机匣端面分布有多个同轴非等径深长组合通孔；先垂直于导叶机匣轴线方向将导叶机匣加工成两部分分体结构，两部分分体结构轴向尺寸预留余量，加工两部分分体结构的相互贴合面保证平面度，再将两部分分体结构贴合在一起加工组合通孔和组合台阶孔，最后再平行于导叶机匣轴线方向将导叶机匣加工成对称的两部分。导叶机匣初步加工成两部分分体结构后，分体结构轴向尺寸均预留余量，之后对该两部分分体结构组合加工车削基准孔、前后两端面、内孔型腔及轴向尺寸，可保证两分体结构基准孔同轴及轴向精密尺寸和技术要求合格。

Description

导叶机匣加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体地，涉及一种用于航空发动机的精密复杂薄壁多孔分体组合式导叶机匣的加工方法。

背景技术

如图1所示的某型航空发动机导叶机匣属于新型组合式特殊结构。该导叶机匣是压气机部件重要组成部分，为便于在机匣内有限空间进行拆装，该导叶机匣设计为左右半环和上下两截共四个部分组成的分体式精密旋转件，具体为以外圈精密台阶孔中心线进行轴向不等分分割为前后两部分，及以径向均分零件为左右两半。其精密孔轴类尺寸在拆分和整合状态下均需保证。这种轴向及径向均需拆分组合的设计结构对机匣加工工艺提出了苛刻的要求。

如图1所示，零件结构特点主要有以下几点：

1)零件是由两两对称共四部分组合而成的旋转件，零件周向均布40处通孔、端面均布6处通孔及20处螺纹孔，整体为多孔状弱刚性结构；

2)零件周向均布的40处精密孔为非整体式、对半分、组合式台阶孔；

3)零件为外圈整面锥形薄壁流道件，最薄处仅1.8mm；

4)零件端面均布的6处同轴非等径深长通孔中，通孔一端尺寸为φ4(+0.04，+0.025)、另一端尺寸为φ4(+0.012，0)，深度达15.2。

结合上述零件的结构特点及实际加工情况，目前零件加工存在的难点主要有以下几点：

1)针对零件轴向径向四部分分散结构特点，其组合工艺加工方案存在工艺流程及组合工装难度，需保证零件各轴向长度精密尺寸及轴向组合式精密孔在组合前后尺寸精度要求及形位技术条件要求；

2)6处同轴非等径深长通孔中，通孔一端孔径φ4(+0.04，+0.025)与连接台阶销钉为间隙配合；通孔另一端孔径φ4(+0.012，0)孔径较小与连接台阶销钉为过盈配合，两孔径中间为台阶孔φ4.6(+0.1,0)，深度为1；这两部分孔径在加工时存在如下难处：a)需组合同轴加工，但不能一刀加工到位，需分别保证不同直径；b)需进行拆分加工，保证台阶孔尺寸；c)组合后孔深达15.2，过小孔径加工对于镗、铰刀等刀具悬长及刚性要求高；

3)零件外流道面周向均布的40处组合式精密孔φ8.4(+0.015，0)，因数量多、公差严，且存在铣削力过大导致零件轴向组合松动而影响孔径尺寸问题，故该均布精密孔孔径公差难以保证。

专利号为CN2018114641451的专利公开一种角向组合装置贯通孔的加工方法，也是针对组合孔进行加工，其能很好地解决贯通孔分开加工所产生的配合误差，满足复杂角向配合要求下两孔的高精度贯通要求。但该专利技术方案主要侧重的是采用一种工装对组合件一和组合件二装夹并加工通孔，关键控制点在于装夹的过程，无法借鉴以解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，从工艺路线优化改进等方面进行创新，针对同轴非等径深长孔加工及周向均布组合式精密孔加工难点等问题，提供一种导叶机匣加工方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种导叶机匣加工方法，导叶机匣为四部分分体组合结构，导叶机匣周向具有多处组合台阶孔，导叶机匣端面分布有多个同轴非等径深长组合通孔，组合通孔用于插设连接销钉，组合通孔一端为与连接销钉过盈配合端、另一端为与连接销钉间隙配合端，加工方法如下：

S1.对导叶机匣锻件毛坯进行粗加工去余量和半精加工出基准尺寸；

S2.沿垂直于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成两部分分体结构，两部分分体结构轴向尺寸预留余量；

S3.磨削S2中两部分分体结构相互贴合面保证平面度；

S4.将S3中两部分分体结构用夹具组装，组合后的两部分单件加工出内孔型腔及轴向尺寸；

S5.在导叶机匣各组合通孔处加工出预孔；

S6.加工外圈流道和组合台阶孔；

S7.将S5中预孔处的组合通孔加工到位；

S8.沿平行于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成对称的两部分。

更进一步地，S5中预孔的加工为对导叶机匣的两部分分体结构组合加工。

更进一步地，S6中加工组合台阶孔采用两部分分体结构紧密贴合并整面支靠压紧的方式装夹。

再更进一步地，组合台阶孔采用螺旋铣进行粗加工。

再进一步地，组合台阶孔的精加工工艺路线为粗镗→半精镗→第一次精镗→第二次精镗。

还进一步地，粗镗工序为去除组合台阶孔粗加工大余量，半精镗工序保证后续两次精镗余量在0.15以内，第一次精镗预留余量0.02～0.04。

还进一步地，第一次精镗过程中，根据组合台阶孔的总数，确定一个能等分总数的数值N，每隔N个孔测量一次组合台阶孔孔径，并与首孔孔径进行对比以调整刀补。

进一步地，S7中组合通孔为组合加工，且为分层加工，所述分层加工为：先采用小铰刀将过盈配合端尺寸加工到位，再采用大铰刀将间隙配合端尺寸加工到位。

更进一步地，组合通孔的加工分多次进行，每次选取多个均布的组合通孔***定位销，作为其它组合通孔加工的定位基准。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)导叶机匣初步加工成两部分分体结构后，两部分分体结构的轴向尺寸均预留余量，之后对该两部分分体结构进行组合加工车削基准孔、前后两端面、内孔型腔及轴向尺寸，可保证两分体结构基准孔同轴及轴向精密尺寸合格、技术要求合格；

2)组合通孔为在两部分分体结构组合加工出预孔后，待加工完流道及精密台阶孔后，仍采用组合加工的方式加工出组合通孔，使组合通孔的位置度和同轴度均得到了保证；

3)加工组合台阶孔采用螺旋铣代替钻孔，避免了钻孔钻头发飘和钻削力过大影响分体结构贴合的问题，运用螺旋铣和双精镗工艺相配合，可有效保证组合台阶孔孔径和位置度。

附图说明

图1为各实施例所述导叶机匣的立体结构示意图；

图2为图1中四部分分体组合结构的示意图(侧视方向)；

图3为图1中A3/A4部分上的组合台阶孔示意图；

图4为图1中的外圈轴向精密结构示意图；

图5为图1中的组合通孔示意图；

图6为图1中外圈流道示意图；

图7为图1中图1中组合台阶孔示意图；

图8为各实施例所述导叶机匣组合通孔及轴向精密尺寸的示意图；

图9为图8中E部分放大图；

图10为各实施例所述导叶机匣组合台阶孔的示意图；

图11为实施例3中导叶机匣组合台阶孔的加工工艺流程；

图12为实施例3中导叶机匣的加工工艺流程。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

提供一种导叶机匣加工方法，该导叶机匣为航空发动机精密复杂薄壁分体组合式导叶机匣，如图1和图2所示，导叶机匣为四部分分体组合结构(分别为A1、A2、A3和A4)，其周向具有多处如图3、图7和图10所示的组合台阶孔1，其端面分布有多个如图5、图8和图9所示的同轴非等径深长组合通孔2，组合通孔用于插设连接销钉，如图8所示，组合通孔一端为与连接销钉过盈配合端21、另一端为与连接销钉间隙配合端22。

根据传统工艺经验，一般是在将导叶机匣分割成两部分后，各分体结构各自进行加工，扣严公差通过尺寸换算保证轴向精密尺寸。但在实施过程中发现，两部分分体结构基准孔B(见图8)在线切割及磨削后不同轴，且其孔径均变椭；图8中左侧分体结构薄壁单件刚性不足，磨削效率低，车削变形大；最终导致零件轴向精密尺寸难以保证。

本实施例针对上述工艺缺陷，提出了新的工艺方案：先垂直于导叶机匣轴线方向将导叶机匣加工成两部分分体结构(即A1和A2为一部分分体结构、A3和A4为一部分分体结构)，对两部分分体结构轴向尺寸先预留余量，然后分别加工两部分分体结构的相互贴合面保证平面度(相互贴合面见图8中标号3所指的面)，之后再将两部分分体结构贴合在一起加工组合通孔2和组合台阶孔1，最后再平行于导叶机匣轴线方向将导叶机匣加工成对称的两部分(即A1和A3部分、A2和A4部分)。

具体的，导叶机匣的加工步骤如下：

S1.对导叶机匣锻件毛坯进行粗加工去余量和半精加工出基准尺寸；

S2.沿垂直于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成A1+A2和A3+A4两部分分体结构，两部分分体结构轴向尺寸预留余量；

S3.磨削S2中两部分分体结构相互贴合面3，保证平面度；

S4.将S3中两部分分体结构用夹具组装，组合后的两部分单件加工，车削组合件基准孔B、前后两端面、内孔型腔及轴向尺寸；

S5.在导叶机匣各组合通孔处加工出预孔；

S6.加工外圈流道和组合台阶孔1；

S7.将S5中预孔处的组合通孔2加工到位；

S8.沿平行于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成对称的两部分。

本实施例摒弃传统单件分开加工方式，规避零件弱刚性特点，在S4中将两部分分体结构组合在一起整体式数车加工，可保证B基准孔同轴及轴向精密尺寸27.3±0.05、47.6±0.05及对基准跳动要求0.035等相关参数和技术要求合格。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：对组合通孔2的加工进行了工艺改进。根据传统工艺经验，两部分分体结构(即A1+A2、A3+A4)组合后，将端面六处轴向精密孔(即本技术方案中的组合通孔)加工至精密预孔φ3(+0.021，+0.035)，以用作精密定位连接孔；在将导向机匣外圈流道(见图6)及外圈轴向精密结构(见图4)台阶孔加工后，再将两部分分体结构拆分，以分别找正精密预孔加工至最终设计尺寸；但在后续单件薄壁加工时，轴向精密孔位置度难以保证，且两部分分体结构的轴向精密孔同轴度分别加工存在偏差。

本实施例针对上述组合通孔加工的缺陷，选择将S7中组合通孔2采用组合加工，且同时采用分层加工。在S5中组合两部分分体结构，在六组均布组合通孔位置处一并加工出φ3定位连接预孔，之后S7组合加工在预孔(即定位连接预孔)处统一镗孔后，采用分层加工用不同径铰刀进行铰孔，分层加工具体为：先采用小铰刀将过盈配合端21尺寸加工到位，保证过盈精密孔尺寸，再通过设置铰孔深度，采用大铰刀将间隙配合端22尺寸加工到位，保证间隙精密孔尺寸。这种分层镗铰孔可保证组合通孔(同轴非等径精密孔)尺寸及位置度φ0.03符合技术要求。

其中，六个组合通孔的加工分两次进行，第一次选取其中三个组合通孔处的预孔***定位销，所选取的三个组合通孔在端面周向需是均布的，这三个组合通孔作为另三个组合通孔加工的定位基准，将这三个组合通孔的尺寸加工到位后，再往其内***适配的定位销，作为另三个组合通孔加工的定位基准，然后取下另三个组合通孔内的定位销，对该三个组合通孔尺寸加工到位。

实施例3

一种导叶机匣加工方法，如图1和图2所示，导叶机匣为四部分分体组合结构(分别为A1、A2、A3和A4)，其周向具有多处如图3、图7和图10所示的组合台阶孔1，其端面分布有多个如图5、图8和图9所示的同轴非等径深长组合通孔2，组合通孔用于插设连接销钉，如图8所示，组合通孔一端为与连接销钉过盈配合端21、另一端为与连接销钉间隙配合端22。

根据传统工艺经验，一般是在将导叶机匣分割成两部分后，各分体结构各自进行加工，扣严公差通过尺寸换算保证轴向精密尺寸。但在实施过程中发现，两部分分体结构基准孔B(见图8)在线切割及磨削后不同轴，且其孔径均变椭；图8中左侧分体结构薄壁单件刚性不足，磨削效率低，车削变形大；最终导致零件轴向精密尺寸难以保证。

针对上述工艺缺陷，提出了新的工艺方案，具体加工步骤如下：

S1.对导叶机匣锻件毛坯进行粗加工去余量和半精加工出基准尺寸；

S2.沿垂直于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成A1+A2和A3+A4两部分分体结构，两部分分体结构轴向尺寸预留余量；

S3.磨削S2中两部分分体结构相互贴合面3，保证平面度；

S4.将S3中两部分分体结构用夹具组装，组合后的两部分单件加工，车削组合件基准孔B、前后两端面、内孔型腔及轴向尺寸；

S5.在导叶机匣各组合通孔处加工出预孔；

S6.加工外圈流道和组合台阶孔1；

S7.将S5中预孔处的组合通孔2加工到位；

S8.沿平行于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成对称的两部分。

S4步骤摒弃传统单件分开加工方式，规避零件弱刚性特点，在S4中将两部分分体结构组合在一起整体式数车加工，可保证B基准孔同轴及轴向精密尺寸27.3±0.05、47.6±0.05及对基准跳动要求0.035等相关参数和技术要求合格格。

S7中组合通孔2采用组合加工，且同时采用分层加工。在S5中组合两部分分体结构，在六组均布组合通孔位置处一并加工出φ3定位连接预孔，之后S7组合加工在预孔(即定位连接预孔)处统一镗孔后，采用分层加工用不同径铰刀进行铰孔，分层加工具体为：先采用小铰刀将过盈配合端21尺寸加工到位，保证过盈精密孔尺寸，再通过设置铰孔深度，采用大铰刀将间隙配合端22尺寸加工到位，保证间隙精密孔尺寸。这种分层镗铰孔可保证组合通孔(同轴非等径精密孔)尺寸及位置度φ0.03符合技术要求。

其中，六个组合通孔的加工分两次进行，第一次选取其中三个组合通孔处的预孔***定位销，所选取的三个组合通孔在端面周向需是均布的，这三个组合通孔作为另三个组合通孔加工的定位基准，将这三个组合通孔的尺寸加工到位后，再往其内***适配的定位销，作为另三个组合通孔加工的定位基准，然后取下另三个组合通孔内的定位销，对该三个组合通孔尺寸加工到位。

本实施例与实施例2的区别之处在于，对组合台阶孔1的加工进行了工艺改进。有别于一般孔径钻→镗→铰的加工方法，本实施例采用的加工方法为螺旋铣→粗镗→半精镗→精镗，该加工方法主要有以下几处要点：

1)整面支靠压紧

组合台阶孔1孔径公差仅0.015，需确保在加工过程中两部分分体结构贴合精密，不得存有间隙；因此，需在S6中将两部分分体结构进行整面支靠整面压紧的方式装夹，并用塞尺检查单件贴合面是否存在间隙。

2)螺旋铣替代钻孔

因导叶机匣组合通孔外部为外圈流道斜面，且孔为非整组合式孔，如采用直接钻孔，钻头加工会发飘，且钻削力过大会影响分体结构贴合，进而影响孔径及位置度，因此组合台阶孔采用螺旋铣进行粗加工。

3)粗镗→半精镗→精镗→精镗；

因组合通孔数量较多，采用常规镗孔办法每个分别进行调整进刀以保证尺寸，工作强度较大，且加工质量稳定性不高；本实施例中组合台阶孔的精加工工艺路线为如图11所示的粗镗→半精镗→第一次精镗→第二次精镗，该路线要点于第一次精镗保证最后一刀精镗余量，以精镗替代铰孔保证最终孔径尺寸。

粗镗工序为去除组合台阶孔粗加工大余量，半精镗工序保证后续两次精镗余量在0.1～0.15以内，第一次精镗预留余量0.02～0.04。

第一次精镗过程中，根据40个组合台阶孔的总数，确定为每隔10个孔测量一次组合台阶孔孔径，并与首孔孔径进行对比，以及时调整刀补值(刀具磨损)。

第二次精镗为另用一把精镗刀将组合台阶孔进行最后一刀精镗，一次加工到位。

组合台阶孔的加工工艺运用螺旋铣及双精镗技术，能有效保证轴向均布组合台阶孔精密孔径φ8.4(+0.015,0)尺寸及其位置度φ0.05。

图12示出了本实施例中导叶机匣的整体加工工艺流程，对上述零散工艺改进进行了串接，记载了从锻件毛坯到终检入库的全工艺流程，作为本实施例导叶机匣加工的补充说明，在此不作赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种导叶机匣加工方法，导叶机匣为四部分分体组合结构，导叶机匣周向具有多处组合台阶孔，导叶机匣端面分布有多个同轴非等径深长组合通孔，组合通孔用于插设连接销钉，组合通孔一端为与连接销钉过盈配合端、另一端为与连接销钉间隙配合端，其特征在于，加工方法如下：

S1.对导叶机匣锻件毛坯进行粗加工去余量和半精加工出基准尺寸；

S2.沿垂直于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成两部分分体结构，两部分分体结构轴向尺寸预留余量；

S3.磨削S2中两部分分体结构相互贴合面保证平面度；

S4.将S3中两部分分体结构用夹具组装，组合后的两部分单件加工出内孔型腔及轴向尺寸；

S5.在导叶机匣各组合通孔处加工出预孔；

S6.加工外圈流道和组合台阶孔；

S7.将S5中预孔处的组合通孔加工到位；

S8.沿平行于导叶机匣轴线方向将导叶机匣线切割成对称的两部分；

S5中预孔的加工为对导叶机匣的两部分分体结构组合加工；

S6中加工组合台阶孔采用两部分分体结构紧密贴合并整面支靠压紧的方式装夹；

S7中组合通孔为组合加工，且为分层加工，所述分层加工为：先采用小铰刀将过盈配合端尺寸加工到位，再采用大铰刀将间隙配合端尺寸加工到位；

组合台阶孔采用螺旋铣进行粗加工。

2.根据权利要求1所述的导叶机匣加工方法，其特征在于，组合台阶孔的精加工工艺路线为粗镗→半精镗→第一次精镗→第二次精镗。

3.根据权利要求2所述的导叶机匣加工方法，其特征在于，粗镗工序为去除组合台阶孔粗加工大余量，半精镗工序保证后续两次精镗余量在0.15以内。

4.根据权利要求3所述的导叶机匣加工方法，其特征在于，第一次精镗预留余量0.02～0.04。

5.根据权利要求3或4所述的导叶机匣加工方法，其特征在于，第一次精镗过程中，根据组合台阶孔的总数，确定一个能等分总数的数值N，每隔N个孔测量一次组合台阶孔孔径，并与首孔孔径进行对比以调整刀补。

6.根据权利要求1所述的导叶机匣加工方法，其特征在于，组合通孔的加工分多次进行，每次选取多个均布的组合通孔***定位销，作为其它组合通孔加工的定位基准。