浅谈飞机发动机中叶片机匣的高效加工
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作者: 孙长友 路芳宇 应晓丽
摘 要：本文针对飞机发动机中的叶片机匣加工进行了分析，探讨了机匣高效加工的要求和技术，为飞机发动机的改进和技术提升奠定科学基础。
关键词：发动机；叶片；机匣；加工
中图分类号：TF124.8 文献标识码：A
航空材料加工效率高是一个系统问题，其系统组成和刀具材料和切削参数的因素，包括子系统影响零件的质量、刀具成本及加工效率。高效加工就是提高有效切削效率，缩短切削时间。现代引擎必须有足够的推力和推重比，需要对发动机零件在高温、高压、高速度、高负荷条件下长期工作,资料特别是新的高温合金在航空发动机的普遍使用，其后果是发动机热端组件的镍基、粉末冶金高温合金切削材料、刀具材料消耗这些困难很大。高效切削以切削效率为目标，提高金属去除率每单位时间，提高单位时间金属去除率[1]。而非削减时间的减少可靠定位、规划优化夹具，减少空行程时间来实现的。与此同时，航空发动机零部件更复杂的形状、薄壁件、精度要求高,加工带来了很大的困难，加工效率低下。和刀具材料和切削参数的因素包括子系统影响零件的质量、刀具成本及加工效率。
1 叶片高效加工
叶片是扭曲的截面薄壁复杂的部分，在数控加工中心过程易产生变形和切削颤振，引起叶片的身体产生振纹。使用前毛条加工叶片夹紧定位、轴颈和叶身的大变形过程。传统工艺中的夹具和设备无定位销，重复叶板式初相角变化，将会减少夹紧刚度，导致甚至加工不到。针对这一情况，将前夹紧方式，在机床上压紧轴颈以提高刚性。振动标线是由于薄壁件的叶子本身，工具系统在整个系统的刚性影响中更重要。在叶片毛坯几何不能改变，从工装及模具系统是提高刚性。夹紧静子叶片两端轴颈，以过定位方式，大大降低了叶片在加工过程中产生弯曲变形、叶片、轴颈、叶盆的均匀性大大提高，检测透光间隙,同时降低工件表面粗糙度。
因为定位刚性好，间接减少了刀具磨损。在刀具系统中，处理本身的加工精度和动态平衡对切削颤振有抑制作用。高性能刀具系统在高速切削中起着重要的作用，由于切削速度的增加，原来小的粗糙对表面的影响会被放大。碾磨之前先与普通叶身型面，而动态平衡后的处理,速度可调高且不容易产生振纹及硬化层，可以很好地解决这个问题。在机床、刀具、加工参数不变的情况下，使叶片表面发生了很大变化，叶片动态平衡可以消除振纹加工。传统的三坐标加工通常用球形刀、窄线接触加工、刀具和工件表面只有点接触，效率很低。对切削路径优化，真正的回路加工方法是复杂曲面五坐标线接触加工。利用牛鼻铣刀的侧刃环绕零件进行加工，在提高系统在硬度、零件质量和提高切削效率方面作用显著。[2]
回路加工理论通过广泛的启发，在计算残留高度之间的距离，保证表面粗糙度的要求，提高了一步的距离。它最大限度的发挥出刀具切削率、加工效率大大提高，五坐标机床的外观线宽线接触加工成为可能。宽行线接触处理提高刀具与曲面的曲率程度与工件、加工线宽，刀具往复式数量少，质量好，生产效率高。同时数控加工过程优化，通过减少空行程,减少空刀的高度进行过程速度提高效率。在测试时根据原料的加工零件及加工条件，选择在物理、化学、力学性能的匹配工具，再按我们的零件切削刀具和技术加工余量计算了刀具的线速度。根据线速度和每齿进给量计算到进给速度，然后根据正交试验法对比试验数据，从而进行优化。切削用量的选择也很重要，在叶片的加工效率中，基于刀具的有效直径科学的对切削深度、主轴转速、每齿进给量进行优化，结果表明加工效率显著提高。
2 机匣高效加工
机匣里的高效加工设备的优化问题，是非常重要的，好走刀路线不仅能保证有效的处理，可避免刀具的异常损坏。机匣多数为镍基高温合金材料，属于典型的难加工材料。其形状是非常复杂的，开始使用硬质合金刀具铣削加工，但刀具磨损、严重损坏、加工效率很低。为了提高生产效率,我们试图用陶瓷刀具替代硬质合金刀具，镍基高温合金的粗铣加工。在开始编程,走刀路线是右转的方式，切削试验结果表明，该方法在切切削力很大，表现为工件温度高、振动机械、陶瓷刀片出现了大面积剥落和叶片的崩溃。机匣切削加工处理很困难，加工余量很大，频繁换向，所以去确定刀路线、优化程序将是非常重要的[3]。
形成这种状况的主要原因是陶瓷刀具在高硬度，但强度、韧性及硬质合金比比较低，切削过程,工具交变应力作用频繁换向。要选择与被加工材料在物理、化学、力学性能,以确保所有的刀具匹配平滑处理。在这种情况，我们对程序进行了优化，在拐角处的绕道路,避免突然的变换。试验结果表明，该方法基本解决了上述问题，机床振动下降，而陶瓷刀具的磨损也是正常的磨损、确保有效的处理。在这个交变应力作用下的陶瓷刀具是容易产生微裂纹沿晶界处，并逐渐扩展,最终导致叶片碎裂。高钴镍基高温合金比一般的镍基高温合金加工难、切割阻力较大，切削温度比较高。刀具和工件材料之间的正确匹配的关键是实现高效加工。
凸轮加工时的传统单调的工作处理很难达到要求，确保所有的同轴度要求，许多公司正在利用双切削加工、选择单镗床。为了克服刚性杆质量较差，通常在相应的夹具对辊套设置来提高生产系统刚度。与此同时,一些厂家在零件加工过程中，会有第一个引导导后中间导向轴承。越来越多的制造商，没有组合定，直接使用静态压力特别是刀杆导向。为了改变阀杆的受力状况，降低振动、提高质量的直线孔，主动测量、自动补偿装置的刀具磨损中普遍应用。为了克服刚性杆的缺点，通常在相应的夹具对辊套设置来提高生产系统刚度。为改变阀杆的受力状况，降低振动、完善主动自动补偿装置通用刀具磨损。
结论
航空难加工材料零件的高效加工是一个系统工程，夹具、切削工具系统、工艺、刀具材料、切削参数加工效率有很大的影响。确保夹具夹紧可靠，提高系统的刚性,提高工作效率的同时保证零件的质量被处理。工件材料选择和匹配的刀具，可大大提高加工效率。高性能工具系统，特别是处理是有效的处理的可靠保证。线宽增加端铣刀加工圆步距、叶处理的过程中有效的方法是提高效率。合理的切削参数，不仅能够提高切削效率，改善刀具寿命。
参考文献
[1]张皓光，楚武利，吴艳辉，等．轴向倾斜缝机匣处理影响压气机性能的机理[J]．推进技术，2010，31(5)：555-561．
[2]孙大坤，孙晓峰．非定常机匣处理对失速先兆波的抑制作用实验研究[J]．航空动力学报，2008，23(4)：671-679．
[3]卢新根，楚武利，朱俊强，等．轴流压气机机匣处理研究进展及评述[J]．力学进展，2006，36(2)：222-232.
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