CN115922243A - 航空发动机机匣内腔加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，公开一种航空发动机机匣内腔加工工艺，机匣内腔包括多处凸台，各凸台上均开设环槽，位于机匣开口端处的凸台及部分位于内腔深处的凸台上在环槽背面设贯通凸台的竖向孔，竖向孔一部分与环槽重合；部分凸台上在环槽背面设与环槽贯通的斜孔，所述斜孔具有一部分在机匣内腔边缘处；部分凸台上在环槽背面设与环槽贯通的通孔，通孔直径小于环槽槽宽；竖向孔、斜孔和通孔均采用数控加工，位于机匣开口端处的竖向孔加工采用的钻刀钻头做群钻处理，通孔加工采用的钻刀钻头做群钻和双刃带处理，斜孔和其余竖向孔的加工采用的钻刀钻头设置内冷孔并做群钻和双刃带处理。本工艺方法能保证各孔尺寸加工合格，节约人力并提升效率。

Description

航空发动机机匣内腔加工工艺

技术领域

本发明涉及薄壁零件加工技术领域，具体地，涉及一种航空发动机机匣内腔加工工艺。

背景技术

航空发动机零部件中有较多零件需要在环槽内钻孔和铣槽，起到通气或定位外环与叶片作用，如涡轮机匣、动力涡轮机匣、低压涡轮机匣等零件。

以某机型涡轮机匣为例，如说明书附图1所示，其材料为GH2132，零件为环形件，大端直径φ674.8，小端为φ605.5，总长221.8mm，平均壁厚约2.8mm，是典型的薄壁件。零件内腔共有7处凸台，凸台上均设环槽，每处槽内或附近都有小孔，共计411处；且有6层凸台上分布有3组榫槽(每组榫槽分布在相邻的两层凸台上)，每层凸台上的榫槽有23～27个，榫槽为宽为18～25mm,深约2～6mm的斜槽，榫槽的加工为上下两层凸台上的一对榫槽一刀加工。

总体来说，机匣因空间尺寸较多，加工和检验过程都较为繁琐。

图1中，机匣小端安装边共92处φ5.5孔和小端第2层46处φ3的孔下半圈都为半边孔(即孔有与环槽重合的部分)；且小端第3层和第5层共104处φ3孔其1/4圈在零件壁面边缘处，第4层和第6层77处φ2.6孔都在机匣深处。目前，环槽内所有小孔尺寸(411处)都在普通钻床上加工，操作者劳动强度大，加工效率低；且零件工艺路线冗长繁琐，导致加工周期长生产紧张。此外，由于钻工为人为手工完成的工序，极易造成钻错孔、钻偏孔、多钻孔等人为低级性错误；这几年来这类质量问题也频繁发生，错加工情况居高不下。公开号为CN110497152A的专利公开一种机匣深孔加工方法及其应用，该技术方案中，针对机匣上的深孔加工仍是普通钻床加工，无法从根本上解决上述问题。

榫槽如图2所示，榫槽需使用角度头加工，因材料难加工，刀具易磨损，每次换刀需搬角度头在对刀仪上进行对刀，角度头笨重不好携带，导致花费大量时间对刀，后根据尺寸公差大(尺寸公差小不适用)特点改进为游标卡尺测量长度对刀，但存在测量对刀失误等质量问题。

3组榫槽自机匣小端至大端依次分为S1组、S2组和S3组，程序分粗精加工，粗加工第S3组27处均布榫槽后，再加工S2组和S1组。粗加工完所有榫槽后，再进行精加工，榫槽粗加工过程中去除了大部分余量，切削力较大，导致变径套易变形。由于粗加工刀具磨损，需更换刀具进行精加工，更换刀具时操作者未能发现变径套已变形，直接换刀后用深度尺测量刀具悬长，由于深度尺测在变形的变径套上，无法准确测出刀尖至变径套端面的距离，造成刀具实际悬长较测量出的值大(见说明书附图3)。榫槽底部由刀尖铣削加工，刀尖位置是通过测量刀具悬长值，并输入机床进行补偿后确定，从而保证榫槽底部至中心距离，如测量刀具悬长值偏小，会导致S3组榫槽底部过切，底面至中心尺寸超差。同时每排榫槽精加工为同一段程序，每段程序均在整圈榫槽加工完后停止，加工完每排第一处榫槽后不能测量尺寸，未能及时发现刀具悬长值测量不正确，导致整圈槽深超差。

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，提供一种能提升航空发动机机匣内腔各类孔和榫槽加工精度和加工效率的加工工艺。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种航空发动机机匣内腔加工工艺，机匣内腔包括多处凸台，各凸台上均开设环槽，位于机匣开口端处的凸台及部分位于内腔深处的凸台上在环槽背面设贯通凸台的竖向孔，所述竖向孔一部分与环槽重合；部分凸台上在环槽背面设与环槽贯通的斜孔，所述斜孔具有一部分在机匣内腔边缘处；部分凸台上在环槽背面设与环槽贯通的通孔，所述通孔直径小于环槽槽宽；机匣内腔从上至下连续多个凸台上开设有榫槽，榫槽以每两层相邻凸台为一组进行加工，所述竖向孔、斜孔和通孔均采用数控加工，位于机匣开口端处的竖向孔加工采用的钻刀钻头做群钻处理，所述通孔加工采用的钻刀钻头做群钻和双刃带处理，所述斜孔和其余竖向孔的加工采用的钻刀钻头设置内冷孔并做群钻和双刃带处理。

进一步地，所述钻头材料为超微粒硬质合金搭配纳米级TiALN涂层。

进一步地，加工位于机匣内腔深处的通孔所用的钻刀为整体式结构，钻刀颈部直径加粗，钻头钻尖角为140°。

进一步地，具有内冷孔的钻头上所述内冷孔数量为1～2个。

进一步地，加工所述竖向孔、斜孔和通孔的工序顺序为：先加工内腔深处的通孔，再加工位于机匣开口端处的竖向孔，再加工其余竖向孔，再加工斜孔，最后加工靠近机匣开口端的通孔。

进一步地，加工所述斜孔和通孔的钻刀总长不小于80mm，悬长为50～53mm，加工线速度为20～25m/s，进给为40-50mm/r。

进一步地，加工位于内腔深处竖向孔所用的钻刀总长不小于80mm，悬长为56～58mm，加工线速度为20～25m/s，进给为40-50mm/r。

进一步地，所述钻刀的加工寿命设计为每把刀具加工至少2件机匣。

进一步地，榫槽加工的对刀方式为：在装夹机匣的夹具上增加对刀位置，在夹具上固定对刀坐标值，使用对刀块对刀。

进一步地，针对斜孔与环槽相贯通处的毛刺，设计去毛刺工装，所述去毛刺工装包括与打磨风枪连接的接头及设置在接头上的打磨杆，所述打磨杆末端开设用于夹设打磨材料的槽，去毛刺工装由打磨风枪控制接头进行旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

机匣内腔各孔由传统普通钻工转数控加工，数控加工合并了多重传统工序，缩减了工艺路线，大幅节约了加工工时，提升了加工效率；同时通过改进刀具，并优化刀具切削参数，有效解决钻头加工不稳定、钻头飘、刀具刚性差、冷却和排屑效果差等问题，保证各孔尺寸加工的合格性；

针对榫槽的加工，完善对刀方式，在夹具上对刀位置上方标印，标圆心至对刀面距离L实际值，并对夹具该实际值尺寸进行定检，确保不受夹具磨损影响对刀值，省去了传统每次换刀对刀时需搬角度头在对刀仪上进行对刀的操作，节约了人力，提升了效率。

附图说明

图1为背景技术及实施例中所述机匣的剖面结构示意图；

图2为背景技术及实施例中所述榫槽的结构示意图；

图3为背景技术中关于变径套变形后刀具悬长测量值的示意；

图4为实施例1中用于加工机匣开口端处竖向孔的钻刀结构示意图；

图5为实施例1中用于加工斜孔和其余竖向孔的钻刀结构示意图；

图6为实施例1中用于加工通孔的钻刀结构示意图；

图7为实施例1中在夹具上完善对刀方式的结构示意图；

图8为实施例2中所述毛刺打磨工装的结构示意图；

图9为图8中A-A剖面图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本技术方案进行详细阐述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明以图1中的航空发动机机匣结构为例，提供一种机匣内腔加工工艺，如图1所示，机匣内腔包括多处凸台1，各凸台上均开设环槽2，位于机匣开口端处的凸台及部分位于内腔深处的凸台上在环槽背面设贯通凸台的竖向孔3，所述竖向孔3一部分与环槽2重合；部分凸台上在环槽2背面设与环槽贯通的斜孔4，所述斜孔4具有一部分在机匣内腔边缘处；部分凸台上在环槽2背面设与环槽贯通的通孔5，所述通孔5直径小于环槽2槽宽；机匣内腔从上至下连续多个凸台上开设有榫槽6(榫槽结构见图2)，榫槽以每两层相邻凸台为一组进行加工。

实施例1

本实施例对机匣上述竖向孔、斜孔和通孔均采用数控加工，但采用传统数控方式加工对于本实施例的机匣来说存在以下难点：

1)使用材料M42和硬质合金的普通麻花钻加工到机匣的竖向孔时，由于受力不均，容易出现飘钻头情况；

2)机匣深处的φ2.6通孔和φ3斜孔中，尤其是φ3斜孔有1/4圈在零件壁面边缘处(即斜面与直面交接位置)，加工时刀具悬伸较长，刚性较差，还存在定心不稳情况；

3)这些孔都处在在机匣环槽处，排屑不畅，导致钻头加工时容易挤压晃动；

4)加工时无法根通过切削阻力来调整进给，且加工中无法通过人工调整工艺垫圈。

本实施例为使机匣可以在数控设备上顺利加工合格，对加工各孔的钻刀进行了改进，具体如下：

如图4所示，将位于机匣开口端处的φ5.5竖向孔3加工采用的钻刀钻头做群钻处理。群钻相对于普通钻头来说，由于群钻磨短了横刃，平均前角增大，钻削轻快，轴向抗力下降30％～52％，钻削扭矩下降12％～32％，定心力能得到很好的改善，钻削力下降，且分屑、排屑效果好，钻削顺畅，摩擦减小，切削液易进入切削区，冷却润滑效果好，钻削温度低；这些优点有效了解决钻头加工中不稳定、钻头飘的问题，保证零件φ5.5竖向孔的孔径尺寸全部合格。

如图5所示，将加工机匣第三层和第五层台阶处的斜孔4及第二层竖向孔3采用的钻刀钻头设置内冷孔(未示出)并做群钻和双刃带处理，钻头上内冷孔数量一般设计为1～2个，内冷孔的路径沿钻头螺旋槽路径一致。因φ3竖向孔在机匣内的位置较深，斜孔在零件壁面边缘处，加工时刚性差，钻头容易飘，排屑和冷却效果差，因此上述对钻头所作的群钻处理、双刃带处理和设置内冷孔能带来诸多优势：内冷孔为在切削加工时切削液穿过的通气槽，起到冷却刀具作用，同时冷却液从该处通过可以冲走粘刀的铁屑，降低刀具切削温度，从而使切削过程更加稳定，有效的解决钻头飘、刀具刚性差、冷却和排屑效果差的问题，保证了零件φ3竖向孔和斜孔的孔径尺寸全部合格。

如图6所示，通孔5加工采用的钻刀钻头做群钻和双刃带处理，增加钻头的排屑功能，解决钻头加工时排屑不畅、刚性差问题。因φ2.6通孔在机匣深处，钻头柄部直径过大的话，零件会碍事，且悬长过长，刀具刚性差，因此还将该处钻头由焊接式改为整体式，在零件不碍事的部位，增加钻头的颈部直径，从而保证钻头的刚性，同时将钻头钻尖角度采用140°，增加钻尖的强度，有效的保证了φ2.6通孔的孔径尺寸合格。

上述所有钻头材料均为超微粒硬质合金搭配纳米级TiALN涂层，使钻头硬度达HRA92.1，赋予其很强的耐磨性和切削性能。

本加工工艺加工上述竖向孔、斜孔和通孔的工序顺序为：先加工内腔深处的φ2.6通孔，再加工位于机匣开口端处的φ5.5竖向孔，再加工φ3竖向孔，再加工φ3斜孔，最后加工靠近机匣开口端(机匣大端)的φ2.6通孔。其中，加工φ3斜孔和φ2.6通孔的钻刀总长不小于80mm，悬长为50～53mm，加工线速度为20～25m/s，进给为40-50mm/r。加工位于内腔深处φ5.5竖向孔所用的钻刀总长不小于80mm，悬长为56～58mm，加工线速度为20～25m/s，进给为40-50mm/r。钻刀寿命设计为每把刀具至少加工2件机匣。

以下为本实施例中机匣上述孔加工工序流程和传统加工工序流程的对比：

从上表中可看出，本发明通过将普通钻工改数控加工后，对多项工序进行了合并加工。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，改进了榫槽加工的对刀方式，具体为在装夹机匣的夹具上增加对刀位置，在夹具上固定对刀坐标值，使用对刀块对刀。

如图7所示，在夹具上对刀位置上方标印，标圆心至对刀面距离L实际值，并进行对夹具该实际值尺寸进行定检，确保不受夹具磨损影响对刀值。有效避免每次换刀需搬角度头在对刀仪上进行对刀所带来的耗费人力和低效率问题。

刀具磨损换刀时，首先卸下磨损刀具，按数控调整卡刀具悬伸要求装上新的数控铣刀，用找正表托直夹具对刀边与机床+X轴垂直(加工前找正夹具和零件中心与程序G54一致)，然后将装有新刀具的角度头移到夹具设计好的对刀边，使用对刀快对刀(对方法同数车对刀)。设计夹具时需保证对刀边至夹具中心距离+角度头中心至刀具底刃距离＜机床回转中心距离。否则对刀时机床会报超程警示。对出的固定坐标值(夹具上烙印的实际值，需定检)+对刀块尺寸，输入机床中相应刀具补偿中后可继续加工

实施例3

机匣上斜孔与环槽相贯处加工时容易产生残留毛刺，肉眼观察不方便，需使用手电筒近距离观察，常用的钳工工具(打磨起子，砂轮头，金刚笔，砂轮片等)无法伸进去去除，且去除时不容易观察，由于是薄壁零件，斜孔和环槽槽宽尺寸直径相差也很小，且斜孔中心不在环槽的中心，倒角刀也无法下去去除毛刺；再者工具锋利的情况下还极容易打伤零件，造成零件外观缺陷。

本实施例针对上述问题设计一种去毛刺工装，如图8和图9所示，根据加工该相贯位置的钻头结构，进行改造，去毛刺工装包括与打磨风枪连接的接头71及设置在接头上的打磨杆72，打磨杆72末端开设一处长17mm槽73，用来缠住细砂纸(即打磨材料)，接头71连接钳工打磨风枪接口，去毛刺工装由打磨风枪控制进行旋转，细砂纸在旋转过程中去除相贯处毛刺，细砂纸还能起到保护机匣不受工具碰伤的作用。

本加工工艺相对于传统加工方法来说，通过合并工序，缩减工艺路线，各孔加工由普通工序转数控，同时优化切削参数，改进榫槽加工的对刀方法等，经统计，可使零件单件加工时间由84.38小时缩减到56.9小时，同时又有效地改善了零件的加工质量，目前零件加工合格率已由93.2％提升至99.5％。

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 (10)

1.一种航空发动机机匣内腔加工工艺，机匣内腔包括多处凸台，各凸台上均开设环槽，位于机匣开口端处的凸台及部分位于内腔深处的凸台上在环槽背面设贯通凸台的竖向孔，所述竖向孔一部分与环槽重合；部分凸台上在环槽背面设与环槽贯通的斜孔，所述斜孔具有一部分在机匣内腔边缘处；部分凸台上在环槽背面设与环槽贯通的通孔，所述通孔直径小于环槽槽宽；机匣内腔从上至下连续多个凸台上开设有榫槽，榫槽以每两层相邻凸台为一组进行加工，其特征在于，所述竖向孔、斜孔和通孔均采用数控加工，位于机匣开口端处的竖向孔加工采用的钻刀钻头做群钻处理，所述通孔加工采用的钻刀钻头做群钻和双刃带处理，所述斜孔和其余竖向孔的加工采用的钻刀钻头设置内冷孔并做群钻和双刃带处理。

2.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，所述钻头材料为超微粒硬质合金搭配纳米级TiALN涂层。

3.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，加工位于机匣内腔深处的通孔所用的钻刀为整体式结构，钻刀颈部直径加粗，钻头钻尖角为140°。

4.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，具有内冷孔的钻头上所述内冷孔数量为1～2个。

5.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，加工所述竖向孔、斜孔和通孔的工序顺序为：先加工内腔深处的通孔，再加工位于机匣开口端处的竖向孔，再加工其余竖向孔，再加工斜孔，最后加工靠近机匣开口端的通孔。

6.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，加工所述斜孔和通孔的钻刀总长不小于80mm，悬长为50～53mm，加工线速度为20～25m/s，进给为40-50mm/r。

7.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，加工位于内腔深处竖向孔所用的钻刀总长不小于80mm，悬长为56～58mm，加工线速度为20～25m/s，进给为40-50mm/r。

8.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，所述钻刀的加工寿命设计为每把刀具加工至少2件机匣。

9.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，榫槽加工的对刀方式为：在装夹机匣的夹具上增加对刀位置，在夹具上固定对刀坐标值，使用对刀块对刀。

10.根据权利要求1所述的航空发动机机匣内腔加工工艺，其特征在于，针对斜孔与环槽相贯通处的毛刺，设计去毛刺工装，所述去毛刺工装包括与打磨风枪连接的接头及设置在接头上的打磨杆，所述打磨杆末端开设用于夹设打磨材料的槽，去毛刺工装由打磨风枪控制接头进行旋转。

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