浅谈薄壁机匣零件的高效加工

应晓丽+马瑛+孙长友+杨海涛+马亮

摘 要：在我国的航空制造行业中，有很多的加工需要我们重点关注和注意，只有不断的解决和处理航空制造行业的加工过程中的难题，才能够不断的推动我国航空制造技术的发展，才能够促进我国航空制造行业的创新以及持续发展。目前在我国的航空制造行业中，薄壁机匣专用零件的加工制造具有非常大的加工制造难度，给我国的航空制造行业的发展带来了非常大的隐患，严重地威胁着我国航空制造行业的发展，同时也对我国的航空事业起到了一定的安全威胁。文章针对航空制造业中出现的航空薄壁机匣加工难题，根据现场实践，进行理论分析和实践总结，结合现场实践对于航空薄壁件的加工提出了一些有效的加工方法，在刀具的优选，切削参数的优化方面进行研究，为解决航空薄壁机匣的加工提供了有益的思路。希望通过文章的阐述以及分析能够有效的提升我国航空制造加工行业对于薄壁机匣零件的加工质量以及加工效率，同时也为我国的航空制造行业的进一步提升以及发展贡献力量。

关键词：航空制造行业；难加工材料；薄壁机匣；高效加工；切削参数

中图分类号：V229 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）34-0071-02

引言

近年来我国的航空制造行业在航空发动机的设计研发、性能研发以及结构设计上在进行不断的创新和发展。因此我国的航空发动机在加工材料以及加工结构，加工工艺上相较于传统形式上的加工制造来讲都有较大变化以及改进，在我国航空制造加工行业中已经在应用多种形式和规格的难以加工和制造的材料进行航空发动机的生产和制造。除少数零件用钛合金外，其余零件多采用高温合金，不仅材料强度高、硬度高，韧性和延伸率大，而且导热性能极差，这样的问题就会导致航空制造行业的航空发动机的加工难度越来越大，在加工过程中出现的加工变形以及加工低效率问题已经严重的制约了我国航空发动机薄壁机匣的生产制造和加工，因此对航空薄壁机匣的高效加工技术的研究势在必行。下面进行详细的论述以及分析。

1 高效加工工艺分析

对于薄壁机匣零件，加工过程中的主要难点是零件在加工中容易变形，主要包括装夹变形、切削变形，切削热变形和残余应力变形。

毛坯中的残余应力：在锻造、铸造、热处理中形成的毛坯中存在复杂的内应力；装夹：夹具结构、装夹部位、装夹顺序、夹紧力大小、装夹力释放导致应力重新分布引起的变形；零件自身刚性差；切削加工：切削顺序、切削力、刀具磨损、刀具悬长、切削后应力重新分布；这些变形的控制必须在数控加工采取措施，前期的数控工艺编制与编程是控制数控加工中变形的关键阶段。

在航空发动机薄壁机匣加工的过程中，使用较为高效的切削加工技术进行加工最主要的在于保障薄壁机匣切削过程的高效率以及高稳定性。但是伴随着我国航空发动机机匣零件越来越薄的壁厚，以及越来越脆弱的零件加工刚性，这样就给我国航空发动机薄壁机匣的加工带来了非常大的变形风险，导致了在加工的过程中切削过程容易出现震颤的状况，严重的影响了加工零件的加工效率以及加工质量。高效切削加工技术在应用的过程中的主要思路就是要有效的利用没有加工的零件位置进行相应的固定作用，作为切削加工的支撑，这样能够有效的保障切削加工的全过程处在一种刚性较强的情况。针对航空发动机的薄壁机匣侧壁的加工，我们应该将切削加工具体参数控制在一定的加工参数范围之内，我们在切削加工的过程中要使用分层切削加工，首先要在进行切深加工的过程中使用大径向，其次要在进行切深的过程中使用小轴向。这样的分层切削加工技术能够最大限度的利用被加工零件的刚性和强度。在薄壁机匣型腔较深的切削加工过程中，我们要合理的利用长径比较大的加工刀具进行切削加工，这样能够较为有效的处理加工过程中出现的加工难题，能够最大限度的规避加工过程中侧壁同刀具的干涉情况。需要注意的是我们在切削加工的过程中还可以针对特殊的加工零件设计和采用特殊形状的切削铣刀，这样能够最大限度的降低切削加工刀具在加工过程中导致的零件加工变形问题。

2 在航空发动机薄壁机匣加工过程中的切削加工刀具加工轨迹的优化

在薄壁机匣的切削加工过程中，切削刀具的运行轨迹非常的重要，我们要保障在切削加工的过程中有效的规避切削加工刀具不接触到切削的变形位置。在切削加工的粗加工过程中要进行分层铣削，这样能够有效的均匀释放加工应力；在切削加工的过程中应用往复形式的斜下刀能够有效的降低切削刀具对于加工零件的垂直方向的加工挤压力；在切削加工的过程中要有效的确保刀具处于良好的切削状态，磨损要及时更换。当然，刀具轨迹优化主要是在切削走刀加工路径等问题上进行详细的优化，同时在优化的过程中还要针对加工过程中的实际情况进行加工零件的变形有效控制。

2.1 在薄壁机匣加工过程中圆角切削加工过程中的刀具优化路线具体方案

在我国航空制造行业中，航空发动机的薄壁机匣具有较差的刚性，如果在加工的过程中没有适当的进刀方式，将会引起零件的变形。切削速度、加工深度等加工参数大，将产生较大的切削力，导致零件变形。针对圆角加工来讲，等切深铣的时候，切削刀具在经过直线向着圆弧进行加工过渡的时候，切削加工的刀具会改变刀具的加工角度，通常来讲是加工角度变大，这样就会有效的提升加工刀具同加工零件的有效接触面积，造成切削加工力出现突变问题，同时，还会伴随着振动的情况。切削加工的过程中，由于切削力的突然改变会造成加工刀具以及加工零件的变形量提升，会造成加工零件的加工尺寸加大误差。切削加工的过程中切削振动会造成薄壁机匣的圆角出现加工振纹，严重的影响了零件的加工质量以及加工精度。在切削加工的过程中，优化圆角的切削刀具走刀路线，我们要有效的保障切削刀具的恒定加工切入角，或者提升刀具的加工路径，尽量的减少加工零件圆角处的加工径向切深，这样能够最大限度的降低有切削加工力突然变化导致的圆角加工质量问题。零件圆角处的刀具优化路径方案，能够有效的保障切削加工的稳定性，最大限度的减少零件的加工变形以及切削加工振动等问题，有效的提升零件的加工表面精度以及質量。endprint

2.2 在薄壁机匣加工过程中铣削方法的具体选择

在铣削加工的逆铣过程中，较为实际的加工方法应该是加工由薄向着厚的方向加工，但是由于存在刀刃端部位置的尺寸效应，在切削刀具同加工零件进行接触的时候，刀面同加工零件之间的加工摩擦不断的变大，这样就会出现较为严重的加工振动问题，严重的影响零件拐角的加工质量，容易出现加工振纹。因此在铣削加工的过程中，应该选择顺铣的加工方式进行零件的加工铣削。在顺铣的加工过程中虽然存在较大的切削力，但是在零件的拐角加工过程中不容易出现加工振纹。需要注意的是顺铣的加工方式是由厚向着薄的方向进行加工，这样的加工方式对于加工零件以及加工刀具都具有较大的冲击力，因此在顺铣的加工过程中要将刀具的悬伸长度进行降低，同时要将加工零件的加工刚性进行相应的提升。

2.3 在薄壁机匣加工过程中切削加工详细参数的选择以及进刀方式的选择

2.3.1 在薄壁机匣加工过程中切削加工参数的合理科学选择

合理的切削参数对提高刀具寿命和零件表面质量都是至关重要的，因此，在选择切削参数时，应综合考虑零件结构、材料、刀具、机床等多因素对加工质量、生产率、刀具寿命的影响。加工高温合金零件时，应严格控制切削热，因為在相同切削条件下，切削区温度升高，会加重刀具磨损，甚至导致刀具丧失加工切削能力。在精加工阶段采用高转速、大进给、小切深的高速切削方法，提高材料去除率、保证零件质量。切削用量固定后，还需要通过现场试验和使用VERICUT优化数控程序中的加工参数，每个程序都根据实际的局部切削量和机床主轴受力来优化程序中的加工参数，尤其是余量不均、转圆角、接刀、刀轴矢量变化等处的加工参数必须进行优化。

2.3.2在薄壁机匣加工过程中切削加工刀具的偏摆补偿数控技术

刀具偏摆数控补偿技术，就是在数控编程时按变形情况对原有走刀轨迹附加补偿运动量，反向补偿因切削力作用而产生的零件变形，达到控制零件变形量的目的。对薄壁机匣的侧壁加工，可以通过偏摆刀具或调整刀补进行补偿；对零件的腹板加工，可以补偿轴向切深。通过数控补偿，可以将因变形而产生的残余材料切除，一次走刀即可保证航空薄壁机匣的精度，从而达到高效加工薄壁机匣零件的目的。

2.4 在薄壁机匣加工过程中切削液的具体要求以及具体选择

在加工中为控制零件变形必须合理充分的使用切削液，必须对加工区域进行及时有效的冷却。因为它不仅能减少切削过程中的摩擦和降低切削温度，还能提高刀具的寿命和零件的加工精度和表面质量。采用高压冷却设备和内冷结构刀具，使加工过程中冷却液直接作用于切屑，可以使冷却效果更充分。

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