一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法
【專利摘要】本發明一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法，屬于機械制造領域，該加工方法改變了以往內、外型面分不同工序加工，余量分配不均，尺寸難以保證的加工方式，即保證了零件合格交付，又保證了單、組件之間的接刀要求，最終形成了以單件三道車加工、組件一道車加工、鏜孔加工為主干的工藝流程；本發明零件加工過程中充分考慮薄壁機匣易變形因素，精車加工及鏜孔加工中均采用不同方式的輔助支承方式以防止零件顫動；對精車加工刀具的選擇、走刀路線、參數方面都進行了優化；另外，采用螺紋銑加工技術替代了高溫合金小直徑螺紋孔手動攻絲；采用此加工方法能夠保證零件的尺寸精度，并實現高質量、高效率、低成本，市場應用前景廣闊。
【專利說明】一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于機械制造領域，具體涉及一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法。

【背景技術】
[0002]隨著我國航空工業的飛躍發展，大型運輸飛機技術不斷完善，大型運輸發動機技術也在持續改善，隨之對零件的要求也越來越高；大直徑機匣零件廣泛的應用在大型運輸發動機上，作為典型機匣零件的薄壁錐體整體機匣，此類機匣的特點是結構復雜、尺寸精度高、薄壁、材料難加工等；
[0003]低壓渦輪機匣單元體是由低壓渦輪軸組件、低壓渦輪靜子部分組合件和低壓渦輪機匣單元體三部分組成；低壓渦輪靜子部分組合件中最重要的組成部分也就是低壓渦輪機匣焊接組合件，它的內部裝配導向葉片以及轉子葉片外封嚴環組合件(俗稱“蜂窩”)，外部裝有6個熱電偶，機匣外側有3個測壓孔和3個觀測孔；
[0004]低壓渦輪機匣焊接組合件屬于大型薄壁機匣(最大直徑為1065mm，壁厚1.45mm)，結構較為復雜，機匣內部有6道凹槽，槽體側面有U型槽，外側焊接3種共12個凸臺，前、后安裝邊鉆有孔。大型機匣和薄壁機匣在加工中所面臨的最重要的問題就是加工中側壁及前、后安裝邊容易引起變形；零件在焊接之后同樣也會引起變形。因此，克服機匣變形是加工中面臨的重大問題。機匣的內部布有多道異型環槽，且尺寸較小、精度較高；機匣材料為GH4169硬度較大，加工困難；由于機匣直徑的增加，其變形量更難控制；
[0005]低壓渦輪機匣焊接組合件是由低壓渦輪機匣殼體在焊接凸臺后組成的；目前，加工方案是加工完所有的機匣尺寸再對機匣焊接后的凸臺進行加工，機匣內、外型面分不同工序加工，余量分配不均，尺寸難以保證，不能保證零件合格交付和單、組件之間的接刀要求，現有加工方案加工后的零件在焊接后變形極大，直徑尺寸最大變形達2_以上，內部環槽也嚴重變形，零件在不符合設計要求的同時也影響了導向葉片以及轉子葉片外封嚴環組合件正常的裝配；
[0006]為了避免零件變形，滿足大型運輸發動機研制，需要一種穩定的加工方法來實現零件的加工要求。


【發明內容】

[0007]針對現有技術的缺點，本發明提出一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法，以達到解決高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣零件變形問題，在滿足型號研制的同時，提高質量、加工效率和降低成本的目的。
[0008]一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1、將高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣毛坯料安裝于機床上，對其進行粗加工；
[0010]步驟2、將粗加工后的機匣放置于熱處理爐中對其進行去除應力處理；
[0011]步驟3、去除應力后，再重新將機匣安裝于數控機床上，對其進行半精加工；
[0012]步驟4、將機匣通過外型面輔助支撐夾具固定于數控機床；
[0013]步驟5、對機匣小端進行精加工；
[0014]步驟6、對機匣大端進行精加工；
[0015]步驟7、對機匣的內型面進行粗加工；
[0016]步驟8、對機匣的外型面進行粗加工、再進行精加工；
[0017]步驟9、對機匣的內型面進行精加工；
[0018]步驟10、根據實際需求在機匣上某位置打徑向孔；
[0019]步驟11、將安裝座通過徑向孔與機匣固定，形成組件；
[0020]步驟12、重復步驟4和步驟5，再次對機匣小端面進行精加工；
[0021]步驟13、對機匣內型面上的第二級至倒數第二級環槽的U型槽和外壁底端進行精加工；
[0022]步驟14、完成對高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工。
[0023]步驟9所述的對機匣的內型面進行精加工，過程如下:
[0024]步驟9-1、從機匣止口起對內型面進行精加工；
[0025]步驟9-2、當到達內型面上第一級環槽時，根據第一級環槽的U型槽的寬度、深度和底部半徑，選取球刀，采用選定球刀對第一級環槽的U型槽進行精加工；
[0026]步驟9-3、完成對第一級環槽的U型槽的精加工后，切換刀具繼續對機匣內型面進行精加工；
[0027]步驟9-4、當到達內型面上第二級環槽時，先采用槽刀去除第二級環槽的U型槽余量，再采用球刀對第二級環槽的U型槽進行精加工；
[0028]步驟9-5、采用與步驟9-4相同的加工過程依次對內型面其余環槽進行精加工；
[0029]步驟9-6、直至完成對內型面最后一級環槽的精加工。
[0030]本發明優點:
[0031]本發明一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法，該加工方法改變了以往內、外型面分不同工序加工，余量分配不均，尺寸難以保證的加工方式，即保證了零件合格交付，又保證了單、組件之間的接刀要求，最終形成了以單件三道車加工、組件一道車加工、鏜孔加工為主干的工藝流程；本發明零件加工過程中充分考慮薄壁機匣易變形因素，精車加工及鏜孔加工中均采用不同方式的輔助支承方式以防止零件顫動；對精車加工刀具的選擇、走刀路線、參數方面都進行了優化；另外，采用螺紋銑加工技術替代了高溫合金小直徑螺紋孔手動攻絲；采用此加工方法能夠保證零件的尺寸精度，并實現高質量、高效率、低成本，市場應用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發明一種實施例的高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣結構示意圖；
[0033]圖2是本發明一種實施例的高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法流程圖；
[0034]圖3是本發明一種實施例的低壓渦輪機匣焊接組合件內部環槽車加工操作圖，其中，I為刀具，2為刀軌，3為機匣環槽；
[0035]圖4是本發明一種實施例的機匣小端面加工區域示意圖；
[0036]圖5是本發明一種實施例的機匣環槽加工區域示意圖。

【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖對本發明一種實施例做進一步說明。
[0038]本發明實施例中，根據現有加工工藝的經驗，解決零件焊接后變形過大行之有效的方法是對單件和組合件的余量進行調整，將除機匣外部的所有最終尺寸全部留給焊接后的組合件加工，這樣就可以將焊接帶來的變形在組合件的加工中去掉，保證尺寸要求。
[0039]本發明實施例中，對低壓渦輪機匣進行加工，對低壓渦輪機匣如圖1所示，加工方法流程圖如圖2所示，包括以下步驟:
[0040]步驟1、將高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣毛料安裝于機床上，對其進行粗加工；
[0041]本發明實施例中，低壓渦輪機匣作為單件，在其前、后安裝邊和內部環槽留有Imm到1.5mm的余量，與以往機匣加工路線相似，分粗車、半精車和精車加工；
[0042]本發明實施例中，采用UG NX7.5軟件的CAM(計算機輔助制造)功能進行輔助編程，在建模、建立操作和后處理等過程后生成數控程序，如圖3所示，程序生成后利用VERICUT軟件模擬仿真，檢查程序是否存在殘留和過切等不合理之處，并對程序進行細微調整，利用VERICUT軟件校驗加工程序的準確性，辨識出那些會損壞零件，工裝夾具和加工刀具的錯誤，包括:1)圖紙或讀圖錯誤；2)編程不精確；3)快速移動時接觸材料；4)錯誤的走刀路徑；5)與工裝夾具發生的碰撞；6)CAD/CAM和后處理器錯誤；7)分析加工中產生的應力。
[0043]步驟2、將粗加工后的機匣放置于熱處理爐中對其進行去除應力處理；
[0044]步驟3、去除應力后，再重新將機匣安裝于數控機床上，對其進行半精加工；
[0045]步驟4、將機匣通過外型面輔助支撐夾具固定于數控機床；
[0046]步驟5、對機匣小端進行精加工，具體步驟如下:
[0047]步驟5-1、對機匣小端外型面的下端面和圓弧面進行精加工；
[0048]如圖4所示，本發明實施例中，采用球刀對第①區域進行精加工，轉速為8-12r/min，給進速度為 0.1-0.16mm/r ；
[0049]步驟5-2、對機匣小端的外型面的側壁進行精加工；
[0050]如圖4所示，本發明實施例中，采用偏刀對第②區域進行精加工；
[0051]步驟5-3、對機匣小端的內型面的側壁進行精加工；
[0052]如圖4所示，本發明實施例中，采用偏刀對第⑧區域進行精加工；
[0053]步驟5-4、對機匣小端的內圓面進行精加工；
[0054]如圖4所示，本發明實施例中，采用偏刀對第④區域進行精加工；
[0055]步驟6、對機匣大端面進行精加工；
[0056]步驟7、對機匣的內型面進行粗加工；
[0057]步驟8、對機匣的外型面進行粗加工、再進行精加工；
[0058]本發明實施例中，粗加工到精加工去除余量為0.2-0.3mm ；
[0059]步驟9、對機匣的內型面進行精加工，過程如下I
[0060]步驟9-1、從機匣止口起對內型面進行精加工；
[0061]步驟9-2、當到達內型面上第一級環槽時，根據第一級環槽的U型槽的寬度、深度和底部半徑，選取球刀，采用選定球刀對第一級環槽的U型槽進行精加工；
[0062]步驟9-3、完成對第一級環槽的U型槽的精加工后，切換刀具繼續對機匣內型面進行精加工；
[0063]步驟9-4、當到達內型面上第二級環槽時，先采用槽刀去除第二級環槽的U型槽余量，再采用球刀對第二級環槽的U型槽進行精加工；
[0064]步驟9-5、采用與步驟9-4相同的加工過程依次對內型面其余環槽進行精加工；
[0065]步驟9-6、直至完成對內型面最后一級環槽的精加工。
[0066]步驟10、根據實際需求在機匣上某位置鉆鏜徑向孔；
[0067]本發明實施例中，采用螺紋銑加工技術在機匣外型面鉆有12個徑向孔，供焊接安裝座時使用；
[0068]步驟11、將安裝座通過徑向孔與機匣進行電子束焊接形成組件；
[0069]本發明實施例中，焊接后的組合件主要的加工目的就是要去掉殼體所留余量以及焊接后的變形；
[0070]步驟12、重復步驟4和步驟5，再次對機匣小端面進行精加工；
[0071]步驟13、對機匣內型面上的第二級至倒數第二級環槽的U型槽和外壁底端進行精加工 1-1.5mm ；
[0072]如圖5所示，加工區域為⑤和⑥；
[0073]步驟14、完成對高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工。
[0074]本發明實施例中，在虛擬環境下進行零件的加工，加工結束后對零件進行分析，把設計實體同切削過后的實體進行自動比較從而發現過切或殘留余量，在比較過程中可以整體比較，也可以分區域比較，根據比較的精度重新設置公差。
[0075]經實驗證明，本發明有效的控制了零件變形，滿足設計圖紙及裝配要求；加工周期提高了 30%以上；加工成本降低了 30%以上。
【權利要求】
1.一種高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1、將高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣毛坯料安裝于機床上，對其進行粗加工； 步驟2、將粗加工后的機匣放置于熱處理爐中對其進行去除應力處理； 步驟3、去除應力后，再重新將機匣安裝于數控機床上，對其進行半精加工； 步驟4、將機匣通過外型面輔助支撐夾具固定于數控機床； 步驟5、對機匣小端進行精加工； 步驟6、對機匣大端進行精加工； 步驟7、對機匣的內型面進行粗加工； 步驟8、對機匣的外型面進行粗加工、再進行精加工； 步驟9、對機匣的內型面進行精加工； 步驟10、根據實際需求在機匣上某位置打徑向孔； 步驟11、將安裝座通過徑向孔與機匣固定，形成組件； 步驟12、重復步驟4和步驟5，再次對機匣小端面進行精加工； 步驟13、對機匣內型面上的第二級至倒數第二級環槽的U型槽和外壁底端進行精加工； 步驟14、完成對高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工。
2.根據權利要求1所述的高溫合金大直徑薄壁錐體整體機匣的加工方法，其特征在于:步驟9所述的對機匣的內型面進行精加工，過程如下: 步驟9-1、從機匣止口起對內型面進行精加工； 步驟9-2、當到達內型面上第一級環槽時，根據第一級環槽的U型槽的寬度、深度和底部半徑，選取球刀，采用選定球刀對第一級環槽的U型槽進行精加工； 步驟9-3、完成對第一級環槽的U型槽的精加工后，切換刀具繼續對機匣內型面進行精加工； 步驟9-4、當到達內型面上第二級環槽時，先采用槽刀去除第二級環槽的U型槽余量，再采用球刀對第二級環槽的U型槽進行精加工； 步驟9-5、采用與步驟9-4相同的加工過程依次對內型面其余環槽進行精加工； 步驟9-6、直至完成對內型面最后一級環槽的精加工。
【文檔編號】B23P15/00GK104476112SQ201410589370
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】苗鴻志, 尚小麗, 聞男 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司