一种航空发动机超薄壁易变形铝合金多瓣分流环的整体加工方法与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及航空发动机大直径薄壁铝合金件的分瓣机匣制造方法。


背景技术：

2.超薄壁易变形铝合金多瓣分流环为涡扇发动机双涵道分流环，用于低压压气机进气道内外涵道的分流作用，可以使发动机更加节能环保高效。
3.此零件为铝合金大直接薄壁结构，为了装配快捷方便设计为6瓣相同的分流环的部分圆弧锥环形状，然后再拼装成整体锥环或圆台环，所以一般考虑整环加工切割成六瓣，整体环由于体积(直径大壁厚薄)更大，因此对加工制造增加有更高难度，切割成六瓣后内外圆直径变形大的问题是加工成败的关键难点。
4.零件的加工难点是：零件体积大，直径达到φ1650mm以上，两端口部壁厚最薄2.5mm、圆柱度要求0.1(其任何一个圆表面的误差小于0.1mm的公差)六瓣相同零件拼接成整环的铝合金件(见图1)；切割分割成六瓣后，内外圆变形量的控制是加工的核心难点，需要专用制具来辅助制造。目前未见有针对这种材料的零件的加工报导。


技术实现要素：

5.本发明目的是，提出一种航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，选用铝合金专用的切屑刀具及合理的切削参数；减少零件在加工过程中产生切削应力，来控制和减少零件变形，达到最终的圆台柱零件。
6.本发明的技术方案是：一种航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，所述航空发动机铝合金分瓣分流环直径达到φ1650mm以上，两端口部壁厚最薄2.5mm；选用直径和厚度留有10mm以上余量的圆环柱状铝合金坯，进行热处理，热处理后，选用铝合金用的切屑刀具及切削参数；去除圆环柱坯的内、外圆余量,减少零件在加工过程中产生切削应力，来控制和减少零件变形，达到最终的圆台柱工件；
7.当圆环柱工件的外圆加工到单面2mm余量时，在外圆表面留余量保证工件有一定刚性的状态下，内孔尺寸精加工到位，并在圆环柱工件侧面上加工均匀分布孔(周向孔)；制备发动机铝合金分瓣分流环工件加工的内衬专用夹具，所述专用夹具设有锥台外形定位点与发动机铝合金分瓣分流环的内缘紧贴吻合；因此采用螺栓穿过圆环柱(圆台柱)工件侧面周向已经钻铣加工到位的均匀分布的孔与锥台外形定位点(螺母孔)固定，使工件与夹具固定后形成精密多固定点的定位工装夹具，将工件安装在专用工装夹具上后只露出圆环柱的外圆(柱侧)，通过调整保证工件形位公差满足设计要求；进行外圆精车,精车外圆时不能压紧固定；利用慢走丝线切割方法对内外圆准度达标的圆环柱工件进行整环切割分段，保证角向精度控制加工参数，防止零件变形；最后在专用夹具上对工件外形进行精加工，在线检测各尺寸保证图纸要求。
8.进一步，切屑刀具的刀尖r为0.4-0.8。
9.进一步，10毫米的余量分层去除，每层去除量分别为2mm。
10.进一步，粗车外形使单边留10mm余量后，进行去应力热处理：真空炉160℃保温3小时空冷；150-180℃60-600min。
11.分流环加工工艺路线：a10粗车外形，单边留10mm余量
→
a20去应力热处理(真空炉160℃保温3小时空冷，热处理的范围150-180℃60-600min)
→
a30车基准
→
a40半精车内外圆(单边留8mm-6mm余量)
→
a50半精车内外圆(单边留4mm-2mm余量)
→
a60车基准
→
a70精车内孔到图纸要求即0余量
→
a80钻、铣周向孔及划线
→
a90工装上半精车外圆(单边留2mm余量)
→
a100转划线
→
a110线切割
→
a120工装上精车法兰及外圆到位即0余量
→
a130钳修
→
a140荧光检验
→
a150标印
→
a160硫酸阳极化
→
a170最终检验。
12.进一步，车削时工件转速12-13/min，进给0.10-0.12mm/r。
13.有益效果：铝合金分瓣分流环的整体加工方法，铝(钛)合金加工过程中易产生形变及粘刀，需选用铝合金专用的切屑刀具及合理的切削参数，铝合金加工又需要均匀的去量，并尽可能减少零件在加工过程中产生切削应力，因最终零件结构无法兰边，采用精密多定位点模型工装，多点定位，接触面小、定位精度高，热处理加上逐层车削消除掉了工件加工变形的误差，紧固方便更可靠，压紧力强。主要是整体加工加上线切割后再进行精车加工，专用夹具的使用留有空间让工件在加工中局部应力集中处可释放应力，这就有效分布了因为加工应力导致的应力分布不均匀造成的工件变形。这是该薄壁件加工成败的关键。通过验证得出结论工件完全符合设计要求方案可行，完全达到图纸的高精度和不变形的要求。
附图说明
14.图1为本发明工件的结构示意图；
15.图2为本发明加工件套在工装上的结构示意图，
16.图3是图2的纵截面示意图；
17.图4是本发明的主要工序示意图。加工工序图中阴影为余量区。
具体实施方式
18.航空发动机铝合金分瓣分流环的加工实施工艺方案：图中工件1、夹具筒体2、(m8)螺栓3、夹具筒体上螺母孔4。
19.零件典型的材料为铝合金牌号为2219，材料特点加工过程中易产生变形，需选用铝合金专用的切屑刀具及合理的切削参数，为了降本因为毛坯余量和产品形状不是均匀的，铝合金加工又需要均匀的去量，所以就增加了编程难度，需要编制专用程序在加工中均匀的去除圆柱毛坯内、外圆余量,尽可能减少零件在加工过程中产生切削应力，来控制和减少零件变形从而达到图纸要求(见表1)。
20.由于整环分瓣后零件变形大，内外圆形位精度要求高，所以需要多次均匀的去除工件材料，所以从单边10毫米的余量分层去除，分别留10mm.8mm.6mm.4mm.2mm的单边余量(单边余量指双边的叠加的量，是行业内通常说法，即每次内面与外面还包括端面分别车削1mm的余量)。重要节点在零件内外圆加工到单面2mm状态时，在外圆留量保证工件有一定刚
性的状态下，内孔各尺寸精加工到位，并加工均匀分布的周向孔(螺栓孔)。因工件在结构无法兰边，最终精车外圆时不能压紧固定，因此采用螺栓穿过侧面即周向已经铣加工到位的圆柱孔与专门设计的均匀的精密多控制点定位夹具，见图2，把工件安装在专用夹具上后，通过调整保证工件形位公差满足图纸要求，见图3。
21.利用慢走丝线切割方法对工件进行整环切割分段，保证角向精度控制加工参数，防止零件变形。最后对零件外形进行精加工，在线检测各尺寸保证图纸要求。
22.重要节点是，在零件外圆加工到单面2mm余量时，则在外圆面留1mm余量保证工件有一定刚性的状态下，先把内孔尺寸精加工到位，并在圆柱工件的侧面加工周向孔(设计图纸要求的分布孔)；最终精车外圆时压紧固定发动机铝合金分瓣分流环的内衬专用夹具(可立式车)，专用夹具的锥台外形设有与发动机铝合金分瓣分流环的内型腔紧贴吻合的固定控制点(螺母孔)；因此采用螺栓穿过圆柱(圆台柱)侧面即周向已经铣加工到位的均匀分布的孔，形成精密多固定控制点(螺栓旋紧于夹具上的螺母孔)的定位夹具，将工件安装在专用夹具上后，通过调整保证工件定位后的形位公差满足工艺要求；专用工装的原理和特点：精密多定位点模型工装，多点定位的特点就是接触面小定位精度高，消除掉工件加工变形的误差，紧固方便可靠，压紧力强，固定工件可靠。
23.夹具(工装)留有空间让工件在加工中局部应力集中释放变形量，这就有效分散了因为加工应力导致的应力分布不均匀而形成的工件变形。这是该薄壁件加工成败的关键。尤其是用于本发明的无法兰边的支持和精度的保证(工装的外侧有分布在三条以上侧平面上的若干固定控制的螺母孔，工装的侧平面的夹具筒体上螺母孔4上加匹配的螺栓，精度匹配本发明工件内孔的车削精度)。通过验证得出结论该工装设计有效，工件完全符合设计要求方案可行。夹具筒体上螺母孔4的平面工件内侧平面完全吻合。从而保证定位准确。
24.利用慢走丝线切割方法对工件进行整环切割分段，保证角向精度控制并控制加工参数，防止零件变形；最后对零件外形进行精加工，匹配的均匀分布的螺栓为沉头螺栓，可以保证每瓣均固定，最后的精车的精度能够保证。后道的进刀更少，刀尖的r更小。
25.车刀的刀尖r为0.4-0.8，车好后用在线检测仪检测各尺寸保证达到图纸要求；
26.10毫米的单边余量分层去除，每层去除量分别为2mm,分成5次。单边余量指双边的叠加的量，是行业内通常说法，即每次内面与外面分别车削1mm的余量。
27.分流环加工工艺路线：(见图4所标的号为工序号)：
28.a10粗车外形(单边留10-8mm余量)
→
a20去应力热处理
→
a30车基准
→
a40半精车一端(单边留6-4mm余量)
→
a50半精车另一端(单边留4-2mm余量)
→
a60车基准
→
a70精车内孔
→
a80钻、铣周向孔及划线
→
a90半精车外圆(单边留2mm余量)
→
a100转划线
→
a110线切割
→
a120精车法兰及外圆
→
a130钳修
→
a140荧光检验
→
a150标印
→
a160硫酸阳极化
→
a170最终检验。
29.重要节点工艺参数的控制：
30.表1
[0031][0032][0033]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，所述航空发动机铝合金分瓣分流环直径达到φ1650mm以上，两端口部壁厚最薄2.5mm；其特征是，选用直径和厚度留有10mm以上余量的圆环柱状铝合金坯，热处理后，选用铝合金用的切屑刀具及切削参数；去除圆环柱坯的内、外圆余量,减少零件在加工过程中产生切削应力，来控制和减少零件变形，达到最终的圆台柱工件；当圆环柱工件的外圆加工到单面2mm余量时，在外圆表面留余量保证工件有一定刚性的状态下，内圆孔尺寸精加工到位，并在圆环柱工件侧面上加工均匀分布孔；制备发动机铝合金分瓣分流环工件加工的内衬专用夹具，所述专用夹具设有锥台外形定位点与发动机铝合金分瓣分流环的内缘紧贴吻合；采用螺栓穿过圆环柱工件侧面即周向已经钻铣加工到位的均匀分布的孔与锥台外形定位点固定，固定后形成精密多固定点的定位夹具，将工件安装在专用夹具上后只露出圆环柱的外圆，通过调整保证工件形位公差满足设计要求；利用慢走丝线切割方法对内外圆准度达标的圆环柱工件进行整环切割分段，保证角向精度控制加工参数，防止零件变形；最后在专用夹具上对工件外形进行精加工，在线检测各尺寸保证图纸要求。2.根据权利要求1所述的航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，其特征是，切屑刀具的刀尖r为0.4-0.8。3.根据权利要求1所述的航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，其特征是，10毫米的余量分层去除，每层去除量分别为2mm。4.根据权利要求1所述的航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，其特征是，粗车外形使单边留10mm余量后，进行去应力热处理：真空炉160℃保温3小时空冷；150-180℃60-600min。5.根据权利要求1所述的航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，其特征是，分流环加工工艺路线：a10粗车外形，单边留10mm余量
→
a20去应力热处理，真空炉150-180℃,60-600min
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a30车基准
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a40半精车内外圆,单边留8mm-6mm余量
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a50半精车内外圆,单边留4mm-2mm余量
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a60车基准
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a70精车内孔到图纸要求即0余量
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a80钻、铣周向孔及划线
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a90工装上半精车外圆,单边留2mm余量
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a100划线
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a110线切割
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a120工装上精车法兰及外圆到位即0余量
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a130钳修
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a140荧光检验
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a150标印
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a170最终检验。6.根据权利要求1所述的航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，其特征是，车削时工件转速12-13/min，进给0.10-0.12mm/r。

技术总结
一种航空发动机铝合金分瓣分流环的整体加工方法，选用直径和厚度留有10mm以上余量的圆环柱状铝合金坯，热处理后，选用铝合金用的切屑刀具及切削参数；去除圆环柱坯的内、外圆余量,当圆环柱工件的外圆加工到单面2mm余量时，在外圆表面留余量保证工件有一定刚性的状态下，内圆孔尺寸精加工到位，并在圆环柱工件侧面上加工均匀分布孔；制备发动机铝合金分瓣分流环工件加工的内衬专用夹具，锥台外形上定位点与发动机铝合金分瓣分流环的内缘紧贴吻合；利用慢走丝线切割方法对内外圆准度达标的圆环柱工件进行整环切割分段，保证角向精度控制加工参数，防止零件变形；最后在夹具上对工件外形进行精加工。件外形进行精加工。件外形进行精加工。


技术研发人员：唐建国 于晓梅 张宁 王思慧 傅強 郑召斌
受保护的技术使用者：无锡市润和机械有限公司
技术研发日：2023.08.11
技术公布日：2023/9/26