燃烧室前端机匣铣加工工艺研究

摘 要：燃烧室前端机匣为航空发动机的主要部件。传统机匣加工工艺具有加工时间长、工艺复杂、刀具易磨损等特点。文章提出一种改善的机匣加工工艺方法。该方法根据机匣零件内外型的结构特点、结合生产现场环境，选择合适的机床与刀具、确定合理的加工方式并利用数控加工编程软件（UGNX）编制高效合理的加工程序。相较传统的机匣加工工艺，文章提出的工艺可有效降低机匣加工时间、减少加工成本。
　　关键词：数控加工工艺；机匣加工；刀具选择；加工策略
　　1 绪论
　　燃烧室前端机匣作为航空发动机的重要零件，其内部连接燃烧室、高压涡轮导向器前支撑、鼓筒轴。其外部连接包括油管、冷却管、控制器在内的各种附件。机匣具有外形复杂、壁薄、材料难加工和尺寸精度高等特征。机匣制造加工的材料切除率达到30%以上，加工工艺复杂，涉及多轴联动数控机床、多轴联动CAM编程技术、刀具技术等[1]。在数控加工生产环节，数控程序是最能发挥效益的环节，因此提高编程效率和编程质量，是缩短生产周期，提高产品质量的重要手段。优秀的数控程序编程可提升加工效率和机床的利用率，提升刀具寿命，进而降低成本并提升企业的竞争力。目前机匣生产所采用的加工工艺和数控程序存在耗时长，材料去除率低，刀具磨损大的问题，给产品的试制加工带来一定难度[3]。为了更好地完成机匣交付任务为后续其他机匣零件加工奠定技术基础，需要进行机匣数控铣加工工艺研究。
　　2 机匣零件结构特点及材料特性
　　2.1 机匣零件结构分析
　　燃烧室前端机匣，分为外型（外壁）和内型（内壁）两个区域。零件最大外径Φ804mm，总高294mm，最小壁厚3.81mm，小端内部有一个焊接定位止口，外型分上中下三层，各层有不同形状的岛形结构，零件内部有相应的T型槽和环型槽（如图1）。
　　2.2 精度分析
　　机匣零件为加工过程的中间件，后续还需进行组装焊接加工。其主要配合尺寸为小端内侧的焊接止口，尺寸精度要求高（零件图形及几何尺寸见图2）。止口直径尺寸均为Φ597.433±0.076，同时有理论点到两侧的厚度控制尺寸4.42±0.05、4.57±0.05。外型凸台轮廓度0.76。
　　由此可见，该零件是一个局部尺寸精度要求高的零件。
　　2.3 材料分析
　　该零件毛坯选用了优质三次熔炼的镍基高温耐热合金INCO718，采用模锻方式。优质三次熔炼的镍基高温耐热合金INCO718是一种强度很高、硬度较高、高温条件下强度优良的镍基合金。材料粘性大，加工中不宜断屑，导热性能较差，在切削加工过程中会产生很大的切削抗力和大量的切削热。若散热条件不好，刀具的磨损会很严重。
　　3 工艺研究
　　3.1 传统加工工艺分析
　　3.1.1 外型粗加工工艺分析
　　机匣外型结构复杂，分上中下三层不同形状的岛形结构。传统加工方式采用多轴加工，具有工序集中的特点。为了保证同一刀具进行各区域的粗加工，限制了刀具直径上限，刀具选用直径25MM铣刀。为高效去除零件余量，选用了大进给刀具。编程方式采用多轴联动、并进行分层加工。
　　传统外型加工存在的问题：在五轴加工中心上，采用两刃的直径为25毫米的大进给刀具对零件进行粗加工，轨迹为多轴分层加工，走刀路线长，如图3。因刀具只有两个刀刃，导致去除材料的效率较低。同时编程采用五轴联动的方式进行变轴铣加工，机床刚性差，加工中出现较大的振动，容易导致刀具损坏。零件材料难加工，在45号钢假件上进给可达到300毫米每分，但在INCO718正式件上进给只有50毫米每分，在实际加工中效率低。
　　3.1.2 外型精加工工艺分析
　　外型精加工通常是在五坐标加工中心上进行，使用球头铣刀，切削行宽小，加工路线长，加工效率低，如图4所示。
　　3.1.3 内型T型槽加工
　　内型T型槽的加工，如图5所示，采用球头刀，效率低，成本高，每个T型槽用一个球形刀头，无法重复使用。
　　3.1.4 内型环形槽加工
　　机匣内型环形槽的粗精加工全部是在四坐标加工中心上进行，如图6所示。铣削使用角度头，如图7。因切削力大、角度头刚性差，导致加工中振动大，易使角度头故障，同时加工效率低。
　　3.2 优化数控铣加工工艺