矢量尾喷口零件的加工工艺

张向东王 辉

（1.沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043；2.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳110043）

矢量尾喷口零件的加工工艺

张向东1王 辉2

（1.沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043；2.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳110043）

发动机尾喷口是发动机的重要组成部分，其中组成零件的材料为高温合金又是薄壁，成为机械加工的新难题，本文通过实际积累，探索出一套加工方案，供参考。

矢量尾喷口；零件；加工

一、矢量尾喷口简介

大家可能对矢量都很了解，对矢量发动机知识认识不多，随着航空发动机的升级换代，对各部件的性能提出越来越高的要求，矢量尾喷口应运而生，它较以往的轴对称喷口不同，可以随飞机的需要变化角度并获得额外的加速推力，美国、俄罗斯等国家均已将矢量发动机研制成功并面世，赶超发达国家成为当务之急。

二、尾喷口基本构成

1 零件构成：尾喷口部件由调节片、横梁、隔热屏、平衡杆、减震器、带管路的作动筒等零件构成，每台发动机有18个调节片，互相紧密搭接围成约0.85m直径的圆筒，在作动筒的往复作用下，具有喷口收缩功能。下面我们将就其典型的结构、典型的零件、典型材料、特殊加工方法向大家做以简单介绍。

2 结构特点：尾喷口零件大多以薄壁（0.8mm～3mm）无规则表面，外形偏大属于类机匣和结构之间的零件，如何防止其变形，保证加工精度，对每个零件来说都是一个难题。材料为K424，加工变形引起的尺寸和技术条件超差的现象非常突出，如何立足现状，研究制定合理的加工薄壁件的工艺方案，成为加工领域的一道难题。

2.1 结构件零件由侧壁、4个安装孔、底侧的通孔（铰链孔）组成，铰链孔有通孔形式和盲孔形式，通孔时如何加工？盲孔时如何加工？镗孔和转台能否满足要求？铰链孔长145mm，直径φ8直接采用钻扩绞的传统办法即不能保证零件的尺寸，刀具消耗也相当快。经过分析我们发现镗孔在加工难加工材料深孔时有着天然缺陷，一是切削力不足，二是不能添加冷却液，三是不能保持足够的刚性。后来采用电火花加工保证了零件的精度，但表面质量不高，需要后续清理；铣削内孔大多数企业很少采用，但确有不凡的效果，即用φ8的成型铣刀直接加工，有效解决了镗床切削力不足、添加冷却液、足够的刚性的问题。

2.2 调节片零件工艺路线如下：毛料-研磨-划线-线切割型孔-线切割型面钻孔-铣加工-电加工结合面-加工凸耳-打磨飞边-去重溶层-清洗-荧光检查。主要难点：（1）调节片凸耳孔ф8+0.058，孔与凸耳端面的垂直度为0.1不易保证，凸耳刚性较差。（2）旋转轴孔壁厚差保证不了，旋转轴与槽口不垂直。其他类型的问题在此不再赘述。

三、相关知识

调节片材料为K424，状态为熔模铸造，其他牌号还有GH…，FGH…，JG…只有了解了材料特点、毛料特点才能编好工艺，解决其中的问题。下面简单介绍一下高温合金。

1 高温合金概述

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600°以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。其性能特点：高温合金具有较高的高温强度；良好的抗氧化和抗热腐蚀性能；良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性。

2 高温合金材料容易造成加工变形和让刀，使加工精度不符合要求，对刀具来说，加工镍基高温合金零件容易造成刀具快速磨损，刀具消耗大。

高温合金切削加工的主要问题表现在以下几个方面：

（1）切削力较大，一般为加工钢材的1.5倍～2倍；

（2）切削温度高，在相同条件下，切削温度约为45钢的1.5倍～2倍；

（3）刀具磨损严重，机械磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损均比较严重，使刀具寿命明显降低。

（4）加工硬化现象严重，已加工表面硬化程度可达基体硬度的1.5倍～2倍。

高温合金车加工中时必须注意既要求刀具锋利，还要保证足够的刀尖强度。目前的刀具种类繁多，但立方氮化硼的显微硬度仅次于金刚石，是世界上目前发现的第二种超硬材料，其硬度远远高于陶瓷和硬质合金，在加工高硬材料时表现极佳。推荐在其他刀具解决切削问题时，选用立方氮化硼刀具。

四、尾喷口零件加工工艺发展方向

目前的调节片加工工艺相对比较普通，由于结构的不规则，定位复杂，因而多采用手工划线，钻床、线切割、平面磨床、普通铣床上加工，很难实现数控高速加工及表面完整性要求，减少表面检测不合格现象的出现。结合研制与效率等因素，调节片的加工技术应该向快换、成组、随行和数控高速铣削、提高自动化加工程度为未来方向发展。什么是快换、成组、随行夹具?

1 快换是一种工具在机床或工装上快速装配和拆卸的工装，目前在机床上多有应用。薄壁尾喷口零件的钻孔和铣削装夹均可以实现用快换工装。

2 成组是多的概念，即多种相类似的零件，通过某种归纳，比如材料、结构、加工方法等合并达到同时加工的一种方法。它可以使小批量加工变成大批量生产，目前我厂在小零件上应用较多，能在尾喷口零件上有所作为。

3 随行夹具：切削加工中随带安装好的工件在各工位间被自动运送转移的机床夹具。随行夹具主要是在自动生产线、加工中心、柔性制造系统等自动化生产中，对于外形不太规则尾喷口零件、不便于自动定位、夹紧和运送的工件在随行夹具上安装定位后，由运送装置把随行夹具运送到各个工位上。随行夹具属于专用夹具范围，其装夹工件部分需按工件外形和工艺要求设计。

4 高速铣削：因为调节片零件均为薄壁件，不能承受大的铣削力，每次只能小切深、慢进给、高速铣削达到 高质量、高速率的目的。高速加工是一个复杂的系统工程，涉及高速加工装备、工具、工艺等环节。主要包括机床结构与材料、机床设计与制造技术、高性能刀具材料与刀具设计技术，高速高精度测量测试技术等等。高速数控加工不过分强调最快的切削速度或最高的的加工质量，而是通过提高单位时间的材料去除率降低加工时间来实现降低加工成本的目的。

难加工材料给我们带来各种各样的难题，也有着各种各样的解决办法 ，哪一种办法更有效，更经济，需要结合企业的实际情况、批量、经济能力综合来定，本文只是提供分析问题、解决问题的一种思路，希望对大家有所启发。

[1] 李庆春.喷口镀银工艺实践[J].中国新技术新产品， 2012 （23）.

[2] 张晖.数控车床零件加工工艺分析[J].职业，2013（36）.

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