焊接后机匣机加组件跳动控制技术

点赞:15910 浏览:69373 近期更新时间:2023-12-25 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:后机匣装配组件是发动机中重要组件之一,组合件要求加工后检查相对A、G基准的轴承座C、D表面跳动分别为0.05和0.03,焊接后机匣机加组件的定位面平面度和轴承座内孔ф180的直径和跳动合格率,直接影响到整台发动机装配质量.针对焊接机匣变形和整体环形机匣变形的这一问题,从工艺路线、切削参数、加工方法等方面进行分析及试验研究,制定出合理的工艺路线,零件变形得到很好控制,零件加工质量得到保证,为其它机种及未来新型号机匣的研制提供了可借鉴的工艺方法.

关 键 词:高温合金;焊接机匣;自然时效;定位夹具;整体环形机匣;加工工艺

中图分类号:S776.03文献标识码:A

1概述

随着航空发动机设计性能的不断提高,其机匣的设计精度越来越高,重量越来越轻,使之机匣的设计结构越来越趋于复杂,机匣材料难加工,这给机匣在加工中如何控制变形,如何提高加工效率带来了极大的难度,特别是壁厚在1.5的较为复杂型面的焊接机匣加工和轴承座类整体环形机匣,其变形量的控制更是机匣制造技术提升的关键.

2研究目标

通过掌握控制大型焊接机匣和轴承座类整体环形机匣变形的加工方法,为大型焊接机匣和轴承座类整体环形机匣制造技术的提升打下良好的基础,解决零件变形的控制问题,提高零件的加工效率,后机匣装配组合件要求加工后检查相对A、G基准的轴承座C、D表面跳动分别为0.05和0.03.


2.1设计要求

2.1.1零件结构及技术要求

2.1.2零件材料

后机匣机加组件零件材料GH4169+K4169

轴承座零件材料TA15.

2.2零件类型

后机匣机加组件为整体环形薄壁焊接机匣.

轴承座为整体环形机匣.

3工艺

3.1设备选择

根据生产车间的设备配置情况,后机匣机加组件的机械加工选为数控立车进行加工.轴承座为数控卧车进行加工.

3.2轴承座工艺分析

3.2.1零件结构特点

轴承座为整体环形机匣(见图2)

3.2.2对成品零件进行测量

针对10台轴承座,统一问题是尺寸Ф180±0.009和圆度0.02超差,影响后机匣组件装配质量.鉴于上述问题对其中5台进行测量和数据统计来看,电火花槽处尺寸及圆度变化较大.由于轴承座属于高精度零件,尺寸Ф180±0.009和圆度0.02超差直接影响后机匣装配质量.

3.2.3工艺路线安排

原工艺路线分析

原工艺路线总体上是可行的,因零件为钛合金薄壁件,而毛料又为自由锻件,加工余量大,毛料的利用率很低(仅占6.34%),机匣在加工后将产生不同程度的变形,变形原因主要是在精铣凸台平面时,去除余量很大,产生应力也很大,尺寸Ф180±0.009内表面产生断裂式开放,使内应力释放导致尺寸及圆度超差.

3.2.4改进措施

3.2.4.1调整工艺路线

对比说明:新工艺路线较原工艺路线多了一次细车工序,确定了先半精车单边留0.5mm余量,然后电火花,再精车的加工方案,这样余量更加均匀,目的先释放内应力,再精加工尺寸Ф180±0.009内表面.电火花之后安排精车工序,基本消除了电火花加工后对零件直径变形和跳动不好的影响.

3.2.4.2关键工序加工过程控制

(1)精铣凸台平面后的修复基准工序.精铣凸台平面后的修复基准工序是减少机匣变形的关键之一.此工序的关键是保证机匣在自由状态下小端面的平面度≤0.03mm,这样可保证零件在基准修复后自由状态下有较好的平面度.(2)对关键工序编制操作说明书指导生产.(3)优化数控程序a.半精车工序采用切刀沿加工型面轴向排刀方式加工,减少空走刀,提高有效的切削时间,极大的提高了加工效率.b.精车工序1mm精车余量,去除前0.7mm余量采用偏刀分层循环方式走刀(每层0.35mm),无需工人介入加工过程,只做替换磨损刀片工作.

3.2.4.3试验

(1)通过对10台轴承座进行了试验跟踪加工,较好地保证工艺方案改进措施的落实,使机匣的变形控制达到了较好的结果,满足后机匣组件装配和发动机装配的要求,轴承座各表面尺寸和技术条件基本达到了设计图纸的要求.

(2)采用数控铣床加工,高效放电铣,减少后续铣加工余量,达到减小加工内应力.

3.3后机匣机加组件工艺分析

后机匣机加组件属于薄壁焊接环形机匣.由6部分单件焊接组成,尺寸87个技术条件22项,所有尺寸及技术条件允许在机床上检查.焊接组合件材料为GH4169+K4169,机加部位材料均为GH4169,该材料硬度大,切削时塑性变形抗力大,切削负荷重,切削温度高,加工后零件表面层的加工硬化及残留应力大,对所使用刀具的刀尖及边界磨损极其严重,因此对刀具的选择就显得尤为重要.

3.3.1原方案工艺路线

按照设备利用率最大的原则和控制零件变形方面的考虑,原方案工艺路线无缺陷.

3.3.2数据及成因分析

2009年和2010年两年时间共对现场加工的44台3842E进行,确定零件变形主要形成于精车工序.如有效控制该工序的变形量就成为整个项目的关键.

3.3.3变形控制改进方案

3.3.3.1增加自然时效控制.针对同一批次材料数量及现场单台份周转时间,计划将放置时间限定为3天,将放置时间段选定为稳定处理后,精车工序之前,增加半精车工序,调整加工余量,放置期间零件保证自由状态.

3.3.3.2优化深槽加工参数及加工路线.深槽加工按刀具特点重新安排走刀,力求效率与变形控制平衡.

3.3.3.3优化定位夹具.改制专用夹具压紧位置螺栓使用限力扳手进行紧固,同时在辅助支撑处使用长条形面接触代替原有的局部点接触支撑方式,这样增加受力面积,使承力面受力更均匀.

3.3.3.4细化加工前找正状态:调整车加工部分工序加工前找正面,将原找正非机加焊接面调整为找正机加车加工面,从而提高各工序中径向尺寸及轴向尺寸精度.

3.3.3.5优化加工程序:调整钻孔加工中走刀顺序,将原有的周向顺序走刀改为先0°后180°对称式的走刀方式,减少由于走刀时应力集中而产生的零件变形.(1)已测量的后机匣装配组件44台0.05跳动全部合格.(2)已测量轴承座30台尺寸Ф180±0.009合格,圆度0.02合格.

结论

通过工艺路线调整,程序优化,固化切削参数,合理选择刀具材料,提高了数控切削率,降低了刀具消耗,编制关键工序操作说明书,使后机匣跳动一次合格率大大提高,解决公司生产瓶颈,达到了预期的效果,为各类机匣的生产提供了宝贵经验.