某静子组件工艺研究

2015-12-21孙可婧沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司辽宁沈阳110043

中国新技术新产品 2015年16期

王雨武佳孙可婧（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

某静子组件工艺研究

王雨武佳孙可婧
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

摘要：该组件由内机匣与外机匣以及百余片叶片电子束焊焊接组成。零件材料：TC4，尺寸精度要求高，其形位公差要求严，最大直径Ф1028.5mm，安装边端面跳动为0.03mm，径向跳动为0.03mm，最小薄壁厚为1.2mm，前后安装边上有直径大小不同的孔共100多个，位置度要求为0.06mm、0.1 mm。由于以往没有加工过这类由大量叶片焊接连接而成的大直径薄壁钛合金组合件，因此无法对其变形给出确切数值。另外该组合件上有一种树脂材料和两种涂层，分别为：含空心玻璃珠的RTV硅树脂；面层材料为Metco601NS的涂层（底层材料为Metco450NS/KF-6）；以及Cu-Ni-In涂层，上述树脂及涂层还是我公司首次使用，浇灌、喷涂工艺尚未有成熟工艺，其机加性能更是一无所知。通过本次攻关以四级静子组件为突破掌握这类大直径薄壁机匣、叶片焊接组合件的加工工艺，以及摸索上述三种涂层的加工性能，为其它类似零件提供借鉴数据，提升机加工艺能力，并为后续发动机的研制奠定工艺基础。

关键词：大直径；薄壁机匣；叶片焊接；变形控制；涂层；加工工艺

1 引言

零～四级静子组件是X20发动机低压压气机机匣的主要部件，是焊接机匣，设计结构复杂，由内、外机匣与百余片叶片电子束焊焊接而成，零件壁薄刚性差，焊接变形大，设计精度要求高，造成机械加工难度大，组件上含有一种树脂材料和两种涂层，分别为：含玻璃珠的硅树脂；面层材料为Metco601NS的涂层（底层材料为Metco450NS/KF-6）；以及Cu-Ni-In涂层，上述树脂及涂层还是我公司首次使用，浇灌、喷涂工艺尚未有成熟工艺，其机加性能更是一无所知，故组合件的加工工艺路线的制定难度较大。通过工艺攻关解决零件的首件加工研制，同时也为其它相似件的加工提供宝贵的经验。

2 零件简介

零件属于大型薄壁焊接环形机匣，由内环、外机匣、叶片等组成。零～四级静子组件中最大直径Ф1028.5mm，最高轴向高度为126.7mm，尺寸精度要求高，其形位公差要求严，安装边端面跳动为0.03mm，径向跳动为0.03mm，最小壁厚为1.2mm，前、后安装边上有直径大小不同的精密定位孔及螺栓连接孔共100多个，精密定位孔位置度要求为0.06mm。零～四级静子组件内环内表面有含空心玻璃珠的硅树脂，为转子配合处，二、三、四级机匣的内流道表面有Metco601NS涂层，为转子叶片配合处。四级机匣内环Cu-Ni-In涂层。

3 总体方案

3.1 设备选择

零～四级静子组件设计要求型面尺寸及技术条件精度高，因此加工工序采用高精度数控设备，以便获得高的尺寸精度及形位公差。加工中选用以下设备：台湾数控立车、双柱精密立式加工中心。

3.2 控制变形采取的措施

（1）减少单件机加残余应力带到焊接组件中：合理划分零件机匣壳体加工阶段、均匀去除加工余量。零件加工过程主要分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，粗加工阶段去除毛料大部分加工余量，材料去除量较大、切削用量较高、切削力较大，存在一定的加工应力，因此粗加工后要安排消除应力热处理，去除加工应力；半精加工阶段的目的是使精加工的余量更为均匀，进一步释放加工应力；精加工阶段的加工余量较小、余量去除更为均匀，切削力较小，加工应力分布均衡，零件变形较小。机匣壳体组合加工尺寸均匀留3mm余量，在组件中划分半精加工、精加工两个加工阶段，在半精加工中增加修复基准安排，保证零件加工定位面的精度（即平面度），使加工零件处于良好的装夹状态，避免零件精加工中压紧变形。（2）内、外表面对称循环车削加工。由于机匣壁厚较薄，零件刚性较差，零件在切削力的作用下会产生变形，通过控制切削深度，内、外表面交替循环车削，能够减小零件变形。（3）根据零件材料和结构，合理选择加工刀具，确定合理的切削参数。（4）采用合理的零件装夹方式，轴向压紧、径向定位，加工中增加辅助支撑要求，增强零件工艺系统刚性，以减小零件加工变形。（5）采用数控加工方法，能够减少人为操作失误，优化数控程序，合理选用加工刀具，优化切削参数，稳定加工质量，提高加工效率。（6）加工前，用划线方式初步确定零件的余量分布状况，进行调整，以划线做为粗加工找正基准。

3.3 关键工序分析

（1）划线工序。静子组件焊后热处理消除残余应力，半成品变形，半精加工无基准，需安排划线，对余量进行调整及基准确定，加工后使所有机加表面均能满足设计规定尺寸要求，加工面至非加工表面的尺寸也应符合设计图规定尺寸要求。（2）定位基准面的加工。定位基准是零件高精度尺寸、技术条件的保证。在确定定位基准时，不能只考虑单个工序，要对整个定位基准进行分析。加工过程中，需要进行定位基准的转换，这就要求转换的基准也有较高的精度要求。机匣壳体由于结构复杂，壁薄，容易产生加工变形，定位基准面的实际状态是对变形量控制的关键，即平面度要满足高精度尺寸、技术条件的要求。（3）精车加工。加工后壁厚仅有1.2mm，该处加工尺寸小、壁薄、结构刚性差，导致加工切削力大，加工过程中存在让刀和变形现象，使型面难以加工，须选择合适的加工参数。（4）对玻璃珠硅树脂、Metco601NS、Cu-Ni-In涂层的加工：静子组件为焊接组件，其需进行焊接、真空热处理、浇注硅树脂、喷涂金属涂层、车加工等工序，因此必须解决三种特殊涂层工序安排问题。考虑到零件大、壁薄、变形，Metco601NS涂层单边厚度2 mm ，Cu-Ni-In涂层单边厚度仅有0.04～0.12厚，真空热处理对涂层结合力有影响，因此决定在组合件中车涂层基体尺寸后进行喷涂。三种特殊涂层尺寸加工在组件中最终完成，保证与安装边定位止口跳动要求，而且可以减少零件周转过程中对涂层造成的损伤。涂层的安排顺序为：焊接组件→浇灌硅树脂→车加工Cu-Ni-In、Metco601NS涂层基体尺寸→喷涂Cu-Ni-In、喷涂Metco601NS涂层→车加工灌硅树脂、Cu-Ni-In、Metco601NS涂层。