航空发动机小型作动筒零件加工工艺方案改进

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

航空发动机小型作动筒零件加工工艺方案改进

王 浩 王建新

（沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

本文研究的是航空发动机小型作动筒零件切削加工过程，主要利用对零件的接嘴进行高速螺旋铣削、内孔的绗磨加工和消除零件安装面变形等方法进行加工实验，最终解决了作动筒零件加工周期长，无法保证零件内孔的高精度要求及加工变形导致的质量不稳定等难题。

螺旋铣削；绗磨；变形

引言

作动筒零件外形小巧，但在发动机中属于传动元件。该零件是由筒体、接嘴和安装板三部分组成，而且零件的所有表面均为加工表面，尤其是这三部分的加工表面及尺寸要求较高，这使零件的加工工艺过程相对复杂，其工艺过程包括车、铣、磨、钳、电加工等一系列过程，以往这样的加工过程零件交付周期在20天左右。零件的内孔粗糙度为Ra0.2,圆柱度0.01mm，现阶段即使高精度内圆磨床也很难保证此项技术要求，零件合格率低。另外在零件安装板处，壁厚仅为2mm，以往加工完成后零件变形严重，很难保证安装面到零件内孔的距离要求，需多次人工修复，质量极其不稳定。

那么，要提高零件加工效率和零件加工精度需要解决哪些问题，如何保证零件的交付质量呢？下面就此作动筒零件加工为例来阐述一下实现此零件工艺改进的全过程。

1 原因分析

1.1 零件加工周期长、加工效率低

零件外形相对复杂是零件设计时对其性能的要求，不能因其加工周期问题去更改设计结构，而且这样也会使发动机的性能受之影响，所以加工工艺流程对零件加工周期和效率影响较大。具体来说，其原工艺过程中车、铣、磨、钳、电加工等一系列加工工序交错进行，而且在车削后进行铣削，然后再进行车削，再铣削……以零件其中一处接嘴加工时工序安排为例，工序安排如下：

线切割外形—铣外形余量—车螺纹—钻内孔—车锥度面

显而易见，零件加工工序冗杂，是导致零件加工周期长、效率低的主要原因。

1.2 零件内孔精度不易保证导致合格率低下

零件的内孔粗糙度为Ra0.2、圆柱度0.01mm，原工艺方案是采用内圆磨削的方式，但由于零件的内孔直径仅为20mm，加工时砂轮的线速度较低，所以加工后的内孔表面粗糙度最高仅为Ra0.4，达不到设计图纸要求，为满足零件的使用要求需进行人工抛光零件内孔表面，但由于零件的内孔较小，抛光难度较大，圆柱度0.01mm时有超差，最终导致合格率低下。

1.3 零件安装板处加工变形严重质量不稳定

安装板处加工前为实体结构，最终加工后为悬臂结构，板厚为2mm，这样当经过电加工、铣加工、车加工等复杂的加工工序后，将零件中间大部分余量去除，零件基体内存在较大的加工残余应力和材料的残余应力会随着表面余量的逐渐减少而逐步释放，在最终零件成型时造成零件安装板面变形，变形量为0.03～0.05mm。

2 解决措施

针对以上分析的三方面的原因，首先对零件的加工工序进行优化，将原工艺过程中车、铣、磨、钳、电加工等一系列交错的加工工序调整为顺次加工，避免因反复周转而产生的周期。但其中铣削后的车螺纹、车锥度面工序不可缺少，这成为周转过程中的一项瓶颈问题，若想解决这项问题，需将车螺纹、车锥度面工序合并到铣削加工工序中，但螺纹和锥度面在数控铣床上加工存在一定的难度。最终采用螺旋进刀、多刀路、高速切削方式进行加工零件的锥面，加工锥面时采用带圆角的立式铣刀，这样才能保证锥面的表面粗糙度可达Ra0.8以上。在螺纹的加工上选用小直径、短刃长的螺纹铣刀进行铣削，铣削时采用由下至上的加工方式并应用TURN编程指令手工编程，这样既可控制螺纹的中径尺寸要求又能保证加工螺纹时的刀具强度。这种方法，虽然实际的切削加工时间并未缩短，但中间避免了零件的周转，将几道工序合并成一道工序，一次装夹完成几道工序的加工。

其次，对于零件内孔精度不易保证导致合格率低下的问题，是由于零件的内孔小而必须采用直径小于零件内孔的砂轮，所以将原磨加工方法改为绗磨加工，以提高零件的表面粗糙度要求。

再次，对于零件安装板处加工变形严重的问题，需先将零件加工成型，端面预留少许余量0.1～0.15mm，让零件内部的应力充分释放，然后采用内孔和端面定位，进行磨削端面。

3 加工验证和试验结论

根据以上制定措施，分别对以上三种措施进行了实际加工验证。

零件加工中电加工、车、铣、磨、钳等一系列过程依次进行，加工设备不发生重叠现象，这样就可将加工过程像流水一样一一安排到各个工序中，但这样一来，其中的瓶颈工序就制约整条生产链的加工周期，必须将其中的瓶颈工序的加工效率提升起来。铣削型面、螺纹、锥度面工序为此项加工中的难点和加工瓶颈，通过采用高速铣削的加工方法完成了型面和锥度面的加工，而且此方法加工的零件表面粗糙度比设计图纸要求的还高出一个等级，锥度面的精度要求通过着色法检查完全符合标准要求，整个工序的加工时间在30min以内，符合零件的加工节拍。另外，将原内孔进行绗磨加工后，零件的内孔表面粗糙度可达Ra0.2或更好一些，仅在同轴度方面要损失一些，较原来的0.02mm增大了0.005mm，但此项技术条件仍然符合设计图纸的要求。对于防止零件安装板处加工变形严重的问题，采取了预留余量的方法，但原方案中预留0.1～0.15mm余量再进行磨削加工，加工后零件平面变形0.02～0.04mm，经过研究后，将余量改为0.05～0.10mm，这样零件的平面变形量为0.02mm以内，最终符合设计图纸的要求，零件合格交付。

结语

本文通过以上对航空作动筒零件加工过程的优化、内孔加工精度的保证、加工变形问题的解决三个方面进行了深入的研究，并针对加工过程中工艺流程的安排提出了一套全新的加工方法，使整个加工过程的效率提升50%以上。将工序中的难点和制约加工效率的瓶颈问题一一排除解决，大胆采用了先进的加工方法——绗磨加工，使目前航空作动筒类零件的加工问题得到了进一步的解决，产品的交付质量又上了一个台阶。

[1] 王润孝.先进制造技术导论[M]. 北京：科学出版社，2004.

TH137

A

王浩，男，工程师，毕业于沈阳航空工业学院机械设计及其自动化专业，2005年8月投身于中航工业黎明，主要研究航空结构件零件的加工。