一种航空发动机机匣的加工方法与流程

本发明涉及机匣加工领域，具体为一种航空发动机机匣的加工方法。

背景技术：

在新一代航空发动机上有很多机匣，如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等，其冶金、制造质量和性能水平对于发动机的可靠性、安全性、寿命和性能的提高具有决定性的影响。

航空发动机机匣多采用高温合金和钛合金等材料制成。图1是一种采用高温合金材料制成的航空发动机机匣，其呈薄壁环状结构，一端直径较小，称为小端，另一端直径较大，称为大端，小端和大端的端面分别称为小端基准和大端基准，小端和大端上分别具有小端安装边1和大端安装边2，小端安装边和大端安装边上沿周向加工有精密孔系（即小端安装边孔3和大端安装边孔4）；该机匣为对开式结构，两个半环的接合处具有纵向安装边5，纵向安装边上也加工有精密孔系（即纵向安装边孔6），两个半环通过安装在纵向安装边上的螺栓、螺母连接在一起；机匣的外部型面上还分布很多特征岛屿、凸台7、孔系、槽、筋等特征，凸台7具有中心孔13，凸台7上还攻有螺纹孔8。

航空发动机机匣结构复杂，各装配尺寸加工精度、型位公差以及表面加工完整性要求非常高。由于高温合金材料较硬，且机匣壁厚较薄，加工时塑性变形大，机匣在加工过程中容易受到装夹力、切削力和机械加工过程中产生的残余应力的影响而导致变形，因此多年以来机匣一直是航空发动机制造领域加工难度最大的零件之一。随着航空发动机对机匣要求的不断提高，现有的机匣加工方法已难以满足薄壁机匣的加工要求，机匣变形大，加工精度低，且制造周期长、加工难度大。

技术实现要素：

针对现有机匣加工方法存在机匣变形大、加工精度低、制造周期长、加工难度大的技术问题，本发明提供了一种航空发动机机匣的加工方法，其机匣变形小、加工精度高、效率高且易于加工。

其技术方案是这样的：一种航空发动机机匣的加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、毛坯尺寸复验：对环形毛坯尺寸进行测量，确保各个加工面上留有余量，检查毛坯表面质量无缺陷；

步骤2、粗车大端和小端：车加工去除毛坯大部分加工余量，同时为半精车和精车工序留出均匀余量，并且，在加工大端内孔时预留一工艺凸台；

步骤3、粗铣外型轮廓：支靠零件的大端端面，以大端内孔定位，同时压紧所述工艺凸台，再辅助支撑零件的内壁面，粗铣零件外型轮廓、凸台以及纵向安装边；

步骤4、去应力热处理；

步骤5、修大端基准和小端基准：将零件大端端面和小端端面各去除少量余量，同时修正大端和小端上的其余结构，保证大端基准和小端基准的平行度和垂直度；

步骤6、精铣纵向安装边两侧面和纵向安装边孔：支靠零件的大端端面，以大端内孔定位，同时压紧所述工艺凸台，对纵向安装边两侧面和纵向安装边孔进行精铣加工；

步骤7、切分：找两个纵向安装边两侧，并找正两侧安装边中心，使用中走丝线切割机沿纵向安装边平分线将零件均匀切成两半；

步骤8、研修线切割端面：对步骤7中的线切割端面使用着色法检查研磨，要求连续不间断且面积不小于80%；

步骤9、预装配：向纵向安装边孔内安装工艺螺栓和螺母，将两个半环零件组合在一起，并拧紧；

步骤10、半精车大端和小端：支靠零件的小端端面，以小端外圆定位，半精车零件的大端，同时给精车工序留出均匀余量；支靠零件的大端端面，以大端外圆定位，半精车零件的小端，同时给精车工序留出均匀余量；

步骤11、钻角向定位孔：在所述工艺凸台上钻精密孔作为下道工序的角向定位孔；

步骤12、半精铣外型：装夹时用与所述角向定位孔配合的销子固定零件角向位置，支靠零件的大端端面，以大端内孔定位，再辅助支撑零件的内壁面，半精铣零件外型轮廓、凸台和凸台的中心孔，以及半精铣纵向安装边的外侧面；

步骤13、精车小端：装夹时支靠所述工艺凸台的底面，以所述工艺凸台的内孔定位，并压紧所述工艺凸台的顶面，对小端进行精车加工，达到设计图要求尺寸；

步骤14、精铣外型和小端安装边孔，精铰纵向安装边孔：零件装夹方式与步骤13相同，并在零件内型面增加辅助支撑；先精铣小端安装边孔，再精铣外型轮廓、凸台和凸台的中心孔并避开纵向安装边以及所述工艺螺栓干涉位置，最后精铣纵向安装边位置和精铰纵向安装边孔；

步骤15、精车大端：装夹时支靠零件的小端安装边的底面，小端外圆定位，压紧小端安装边的顶面，对大端进行精车加工，达到设计图要求尺寸；

步骤16、精铣大端安装边孔：零件装夹方式与步骤15相同，精铣大端安装边孔；

步骤17、攻螺纹：在攻丝导向套夹具的辅助下，在零件外型的凸台上手动攻螺纹；

步骤18、激光标印：按设计要求在指定位置对零件进行激光标印；

步骤19、着色检查：按照设计图要求对机匣大端安装边面和小端安装边面进行着色检查，若不合格则进行返修，直至合格为止；

步骤20、荧光渗透检查：检查零件加工面是否有裂纹等缺陷；

步骤21、终检：对零件进行三坐标检测，看是否完全满足机匣的设计要求。

其进一步特征在于：

步骤2中，粗车大端和小端时预留的余量如下：大端外圆和小端外圆在直径上留4mm余量，大端内圆直径在所述工艺凸台的基础上留4mm余量，小端内圆直径留4mm余量，零件高度方向留6mm余量。

步骤5中，将零件大端端面和小端端面各去除1mm余量。

步骤10中，给精车工序留出的余量为1mm。

步骤11中，所述角向定位孔的直径为6mm。

步骤14中，精铣纵向安装边位置和精铰纵向安装边孔的方法为：先铣一侧纵向安装边，从上至下依次取下一颗所述工艺螺栓进行对应区域的纵向安装边精铣及纵向安装边孔的精铰，一颗所述工艺螺栓的对应区域加工完毕后，将所述工艺螺栓及所述螺母装回并拧紧，再取下一颗所述工艺螺栓进行对应区域的加工，直至一侧纵向安装边加工结束，再用同样的方法加工另一侧纵向安装边。

本发明的有益效果是：

本发明的机匣加工方法，在粗车大端时预留了工艺凸台，并在工艺凸台上钻角向定位孔，从而方便后续粗铣、半精铣、精铣和精车加工时对零件进行装夹，有效避免加工过程中装夹干涉，使加工更加方便，加工效率更高，并且通过在粗铣外形后进行去应力处理，在应力释放后再进行精加工工序，以及在半精加工前安排切分工序，使得机匣加工变形小、加工精度大大提高。

附图说明

图1是一种航空发动机机匣的整体结构示意图；

图2为本发明所用毛坯的主剖视图；

图3为本发明粗车大端示意图；

图4为本发明粗车小端示意图；

图5为本发明粗铣外形的俯视图；

图6为沿图5中a-a线的剖视图；

图7为本发明修小端基准示意图；

图8为本发明修大端基准示意图；

图9为本发明精铣纵向安装边两侧面和纵向安装边孔示意图；

图10为沿图9中b-b线的旋转剖视图；

图11为本发明切分示意图；

图12为本发明预装配示意图；

图13为本发明半精车小端示意图；

图14为本发明半精车大端示意图；

图15为本发明钻角向定位孔示意图；

图16为本发明半精铣外形的俯视图；

图17为沿图16中c-c线的剖视图；

图18为沿图16中d-d线的剖视图；

图19为本发明精车小端示意图；

图20为本发明精车大端示意图。

附图标记：1-小端安装边；2-大端安装边；3-小端安装边孔；4-大端安装边孔；5-纵向安装边；6-纵向安装边孔；7-凸台；8-螺纹孔；9-工艺凸台；10-工艺螺栓；11-螺母；12-角向定位孔；13-中心孔。

具体实施方式

见图1至图20，本发明的一种航空发动机机匣的加工方法，其包括以下步骤：

步骤1、毛坯尺寸复验：对环形毛坯尺寸进行测量，确保各个加工面上留有余量，检查毛坯表面质量，不应出现夹渣、裂缝、缺损等锻造缺陷，毛坯结构如图2所示，图2中剖面线内部零件形状代表机匣成品形状；

步骤2、粗车大端和小端：在数控车床上，支靠毛坯一端面，毛坯外圆定位，粗车大端，去除毛坯大端大部分加工余量，并在加工大端内孔时预留一工艺凸台9，如图3中加粗线条部分所示；然后支靠毛坯的大端端面，以大端内孔定位，粗车小端，去除毛坯小端大部分加工余量，如图4中加粗线条部分所示；粗车大端和小端时为半精车和精车工序留出均匀余量，具体为，大端外圆和小端外圆在直径上留4mm余量，大端内圆直径在工艺凸台的基础上留4mm余量，小端内圆直径留4mm余量，零件高度方向留6mm余量；

步骤3、粗铣外型轮廓：支靠零件的大端端面，以大端内孔定位，同时压紧工艺凸台9，再辅助支撑零件的内壁面，利用五轴数控加工中心粗铣零件外型轮廓、凸台7以及纵向安装边5（此时所有的孔系包括小端安装边孔、大端安装边孔、纵向安装边孔以及凸台的中心孔均不加工），如图1、图5和图6所示；

步骤4、去应力热处理，在粗加工完成后进行去应力处理，主要是基于消除粗加工阶段产生的内应力考虑，减少加工中产生的误差，保证零件的加工精度；

步骤5、修大端基准和小端基准：基于时效后应力释放的变形，需要重新修正大端基准和小端基准，保证大端基准和小端基准的平行度和垂直度，为后续加工提供基准面；修小端基准时，支靠零件的大端端面，以大端外圆定位，将零件小端端面去除1mm余量，同时修正小端上的其余结构，如图7中加粗线条部分所示；修大端基准时，支靠零件的小端端面，以小端外圆定位，将零件大端端面去除1mm余量，同时修正大端上的其余结构，如图8中加粗线条部分所示；

步骤6、精铣纵向安装边5两侧面和纵向安装边孔6：支靠零件的大端端面，以大端内孔定位，同时压紧工艺凸台9，利用五轴数控加工中心对纵向安装边5两侧面和纵向安装边孔6进行精铣加工，如图9中加粗线条部分和图10所示；

步骤7、切分：找两个纵向安装边5两侧，并找正两侧安装边中心，使用中走丝线切割机沿纵向安装边平分线将零件均匀切成两半，如图11所示；

步骤8、研修线切割端面：对步骤7中的线切割端面使用着色法检查研磨，要求连续不间断且面积不小于80%，使切分后的两个半环能更好的组合到一起；

步骤9、预装配：向纵向安装边孔5内安装工艺螺栓10和螺母11，将两个半环零件组合在一起，并拧紧，如图12所示；

步骤10、半精车大端和小端：半精车是为了去除组合完后机匣的应力变形余量；支靠零件的大端端面，以大端外圆定位，半精车零件的小端，同时给精车工序留出1mm余量，如图13中加粗线条部分所示；支靠零件的小端端面，以小端外圆定位，半精车零件的大端，同时给精车工序留出1mm余量，如图14中加粗线条部分所示；

步骤11、钻角向定位孔12：在工艺凸台9上钻直径为6mm的精密孔作为下道工序的角向定位孔12，如图15所示；

步骤12、半精铣外型：装夹时用一直径为6mm的销子插入角向定位孔12固定零件角向位置，支靠零件的大端端面，以大端内孔定位，再辅助支撑零件的内壁面，利用五轴数控加工中心半精铣零件外型轮廓、凸台7和凸台7的中心孔13，以及半精铣纵向安装边5的外侧面，如图1、图16至图18所示；增加角向定位可以防止加工纵向安装边时零件受到切削力而松动；由于凸台的中心孔较大，因此先通过半精铣加工，再进行后续精铣加工，可进一步保证加工质量；

步骤13、精车小端：装夹时支靠工艺凸台9的底面，以工艺凸台9的内孔定位，并压紧工艺凸台9的顶面，对小端进行精车加工，达到设计图要求尺寸，如图19中加粗线条所示；

步骤14、精铣外型和小端安装边孔3，精铰纵向安装边孔6：上道工序加工完成后将夹具和零件一起转移到五轴数控加工中心，并在内型面增加辅助支撑进行铣削，如此可防止车加工完成后零件安装边面变形而导致不易装夹；先精铣小端安装边孔3，再精铣外型轮廓、凸台7和凸台7的中心孔13并避开纵向安装边5以及工艺螺栓10干涉位置，最后精铣纵向安装边5位置和精铰纵向安装边孔6，其中，精铣纵向安装边位置和精铰纵向安装边孔的方法为：先铣一侧纵向安装边5，从上至下依次取下一颗工艺螺栓10进行对应区域的纵向安装边5精铣及纵向安装边孔6的精铰，一颗工艺螺栓10的对应区域加工完毕后，将工艺螺栓10及螺母11装回并拧紧，再取下一颗工艺螺栓10进行对应区域的加工，直至一侧纵向安装边5加工结束，再用同样的方法加工另一侧纵向安装边5，如此可有效保证加工精度和加工质量；

步骤15、精车大端：装夹时支靠零件的小端安装边3的底面，小端外圆定位，压紧小端安装边3的顶面，对大端进行精车加工并去除工艺凸台9，达到设计图要求尺寸，如图20中加粗线条所示；

步骤16、精铣大端安装边孔4：上道工序加工完成后将夹具和零件一起转移到五轴数控加工中心，精铣大端安装边孔4，即一次装夹完成精车大端和精铣大端安装边孔，保证零件安装边孔位置度要求；

步骤17、攻螺纹：在攻丝导向套夹具（属于现有常规夹具）的辅助下，在零件外形的凸台7上手动攻螺纹孔8，由于机匣螺纹内径较小，故以手动攻丝为主；

步骤18、激光标印：按设计要求在指定位置对零件进行激光标印；

步骤19、着色检查：按照设计图要求对机匣大端安装边面和小端安装边面进行着色检查，若不合格则进行返修，直至合格为止；

步骤20、荧光渗透检查：检查零件加工面是否有裂纹等缺陷；

步骤21、终检：对零件进行三坐标检测，看是否完全满足机匣的设计要求。