LEAP发动机新型弹性支撑零件高效加工技术应用

■中国航发西安航空发动机有限公司 （陕西 710021） 魏武刚

LEAP系列发动机是CFM国际公司研制的大型客机发动机，不仅用于波音公司与空客公司，也用于中国商飞公司的C919大型客机，该系列发动机是目前国际最先进的航空发动机之一，除了性能先进、可靠性高和燃油经济性好等特点外，其轴承减振承力部件也改进了设计，如3号弹性支撑，是原来2个零件集成为1个零件得到的，该零件与以往发动机同类零件相比，集成度更高、结构更复杂、加工难度与材料去除量更大，通过探索新工艺方案，车削加工以可靠的装夹、消除车削振刀为主来提高车削效率；铣削加工通过设计合理的铣削顺序与内容，运用热缩刀柄配合高效铣削方式，减少铣削振刀、让刀，降低零件变形，提高铣削效率，从而达到高效加工的目的。

1.零件结构分析

（1）3号弹性支撑零件的材料为高硬度合金钢15-5PH，硬度较高，为36～42HRC，规格为φ285mm～φ310mm之间，壁厚较薄，为3.18～4.50mm，其刚性较差，且易变形。其所有尺寸的检测条件是基准面A约束到0.025mm以内、基准B约束到公差范围内。其毛料为锻环件。

（2）形状特点：①外形上整体结构呈笼状，左侧有法兰边且外圆较大，右侧外圆较小。②中间部分靠立柱相连，且立柱四周需要喷丸。③内孔里的基准D与外圆B不同心，且内孔里的锯齿形螺纹和台阶孔都与内孔基准D同心，如图1所示。

图1 零件外形

2.加工难点

（1）零件中间镂空和喷丸后变形的影响，导致4处止口直径及法兰边上的小孔位置度0.05mm加工难度大，如图2所示。

（2）有偏心的内孔D位置度0.025mm，加工难度大，如图2a所示。

（3）高效铣削立柱与控制铣削变形，消除振刀、让刀的难度大。

3.工艺思路分析（针对前2个加工难点）

（1）由于立柱必须依靠铣加工完成且需要喷丸，而铣开立柱零件刚性会变得很差且有变形，为了克服上述困难，对于精度要求较高的表面精加工，最好放在铣加工立柱与喷丸工序之后进行。即“左右4处止口直径”与“法兰边上的小孔”的精加工，最好在铣加工立柱与喷丸工序之后进行。

（2）由于有偏心的内孔D相对于基准A、B和C有位置度0.025mm的要求，要求很高，且内孔D与内孔里的锯齿形螺纹和台阶孔都同心，所以对这几个特征的加工顺序最好按照设计的先后顺序进行，即先加工基准A（平面）、基准B（外圆）和基准C（角向孔），后加工基准D（内孔），最后车锯齿形螺纹与磨大端内孔。

基于上述分析，初步得出加工顺序：半精车内外形→钻孔铣削法兰边及大小立柱→喷丸→磨基准B与小端外圆→车内孔基准D→车锯齿螺纹→磨大端内孔。

图2 零件结构

图3 防振示意

4.困难与解决措施

直接按照上面得出的加工原则顺序加工，会有以下3个困难。

（1）在铣加工立柱与喷丸工序之后，直接车削加工右侧止口时会振刀，只能磨削右侧止口，同时镗法兰边上的小孔，此时，也会有振刀现象。磨削加工表面粗糙度虽好，不振刀，但是加工效率很低。

原因分析：铣开立柱零件刚性会变得很差，因而会导致车、镗加工时振刀。

解决措施：设计减振夹具并给零件缠橡皮条，可解决车削右侧止口振刀的问题，实现“以车代磨”加工与镗孔加工，大大提高加工效率，如图3所示。

（2）先钻孔、铣削法兰外形及立柱，后加工偏心基准孔D，最后车锯齿形螺纹，这样的工艺安排会直接导致车螺纹时振刀且难以消除。

原因分析：零件中间部分立柱刚性很差，致车螺纹时振刀。

解决措施：内孔D的精加工分2次进行，即分为半精加工、精加工2道工序。

具体做法：钻孔铣削法兰边外形→半精加工内孔D→精车螺纹→铣削宽窄立柱→喷丸→精加工内孔D→精磨大端内孔，即可解决以上问题，消除车螺纹振刀，实现高效加工。

优势：车螺纹之前零件没有进行铣削立柱，因而刚性很好，车螺纹时不会振刀，可以高效车削，同时又满足了内孔D必须晚于基准A、B和C加工的原则，从而有利于保证内孔D位置度0.025mm合格。

（3）加工内孔D时，C基准孔不能直接找正，偏心位置度0.025mm难以保证。

原因分析：内孔D在小端，基准A、B和C都在大端，故以零件大端向下定位装夹后加工内孔D比较可靠，且零件不易变形。此时铣加工内孔D时，基准A、B可以直接找正，但是最大的问题是C孔距离立柱太近，立柱高度又太高，导致杠杆表测头够不到，因而C基准孔不能直接找正，如图4所示。

解决措施：借助凸耳上的两孔找正角向C基准孔，有利于保证内孔D位置度0.025mm合格。

图4 加工内孔D示意

图5 铣削外法兰边与钻镗孔示意

图6 铣削立柱上端示意

5.分析与解决措施（针对第3个加工难点）

针对第3个加工难点的思路分析如下。

加工分析：由于2组立柱（18处宽柱与17处窄柱）关于角向基准孔C都有角向要求，所以要先铣削法兰边与钻镗孔，后铣削立柱。且立柱的截面小、长度长，又因宽立柱长、窄立柱短，所以立柱的铣削要分段进行，因此把零件法兰边与立柱的铣削共分为4步。即先铣削法兰边与钻镗孔，后铣削立柱上端部分，然后铣削中间部分，最后铣削宽窄立柱的连接部分，

（1）铣削法兰边与钻镗孔（见图5），运用插铣粗开，再用立铣刀精铣，既提高了粗铣效率，又减少了铣削变形。

（2）铣削立柱上端（见图6）也用插铣粗开，再用立铣刀半精铣、精铣。插铣粗开既提高了粗铣效率，又减少了铣削变形，还节约了刀具成本。半精铣、精铣采用热缩刀柄夹持刀具，有效减少让刀现象，并大大提高铣削效率。

（3）铣削立柱中间部分（见图7），先用立铣刀分层铣开立柱，再分层半精铣、精铣立柱，从而保证立柱侧面轮廓度0.12mm的要求合格；同时夹具上增加辅助支撑环，整体支撑内孔端面，有效防止铣削小柱时振刀与变形，并采用热缩刀柄夹持刀具，大大提高铣削效率。

（4）铣削宽窄立柱的连接部分（见图8），夹具上增加辅助支撑防振，先钻排孔去余量，再用不等齿的防振立铣刀粗铣、精铣宽窄立柱连接部分，因为刀具伸长量80mm（长径比＞10），去余量用钻孔效率较高，且零件不易变形，因为切削时是轴向受力。

（5）设计这样的铣削顺序，立柱不易变形、铣削不易振刀，又结合插铣切削方式，并利用热缩刀柄夹持刀具，减少让刀现象，实现高效铣削。

图7 铣削立柱中间部分示意

图8 铣削大小立柱的连接部分示意

6.结语

要实现此类新型大面积镂空弹性支撑零件的高效加工，通过实践，得出以下工艺原则：精心设计工艺与装夹方案，以减小零件装夹变形与振动、减小零件切削振刀与让刀、减小零件切削变形和减少磨削加工为原则，铣削加工时可利用热缩刀柄装夹刀具，采用新型的铣削方式实现高效加工。