风扇机匣加工

黄梅 刘余

摘  要：本文以某型风扇包容机匣为研究对象，展开大型铝合金包容机匣加工变形控制技术研究，通过工艺试验，优化工艺方案、调整加工参数、采用冷胀形毛料等工艺措施，最终使机匣满足设计要求，解决了大型铝合金薄壁环形机匣复杂的变形问题，同时解决包容环芳纶纤维增强环氧树脂基复合材料的粘接、难加工问题。

关键词：变形;粘接;复合材料加工

1概述

风扇铝合金机匣零件的加工变形无规律，在国内一直是难题，且首次将F-8H3/602芳纶纤维增强环氧树脂基包容环（以下简称包容环复合材料）粘接到铝合金风扇机匣上。包容环复合材料粘接技术、切削加工技术，在航空领域是新技术。

2 零件分析

2.1零件结构特点

风扇机匣主要采用铝合金材料，由机匣外环、内环和静子叶片构成。为满足风扇机匣包容环复合材料需求，在风扇机匣内粘接包容环复合材料。

风扇机匣零件直径尺寸大，尺寸及技术要求见图1，属于大型薄壁环形机匣。

2.2零件主要材料及物理特性

2.2.1. 风扇机匣外机匣材料为铝合金

风扇机匣外机匣零件材料牌号为2A70，材料具有密度小，耐热性好，线膨胀系数较大特性。

2.2.2包容环复合材料

包容环复合材料，是由602環氧树脂与芳纶纤维织物（8/3缎纹布）先制备成预浸料，再通过缠绕工艺并在热压罐中固化成型。

3  零件工艺难点

风扇机匣组件包含装配、机加工、粘接、涂覆、喷漆等工艺，工艺难点是机加工和粘接。

3.1风扇机匣加工变形

铝合金风扇机匣外圆尺寸Ф1539.4 0 -0.31mm，壁厚尺寸4+0.3 -0.15mm，机匣刚性差，加工变形大。

3.2风扇机匣粘接包容环

在风扇机匣上粘接包容环复合材料，这种异种材料铝合金机匣上粘接包容环复合材料的结构，粘接工艺在国内还是首次粘接，粘接性能没有可参考的加工经验。

3.3包容环材料机械加工

包容环复合材料，其中的纤维织物很难加工，且加工变形大，包容环加工部位有内孔、内环槽，加工刀具磨损大，对刀具材料要求高，要求刀具材料具有极高的硬度和耐磨性，且在机加工时易出现复合材料分层、撕裂、脱落、翻边等质量问题。

4 工艺难点解决措施

4.1风扇机匣加工变形

风扇机匣为铝合金机匣，铝合金机匣变形主要解决措施如下：

1）采购冷胀形锻件，减小锻件内残余应力。传统工艺是锻件毛坯提前采购，增加锻件的自然时效时间，缺点锻件周期长。

2）机匣加工工艺阶段划分，工艺路线划分为粗、细、精加工阶段，在精加工阶段前增加热处理，减小零件加工变形。

3）机匣加工中变形控制，加工过程中受装夹力、切削热、切削力等因素影响，加工过程中变形无规律。在粗、细、精加工阶段采取措施：装夹力控制在80N.M～100 N.M;对称轴向均匀压紧零件;零件每一工序完成后修基准面;刀具材料优先选择高速钢;加工中采用冷却液。

4）加工余量的分配，粗加工时留2mm余量半精加工，留1mm余量精加工。工序中分粗、精加工工步，精加工单边留0.3～0.5mm余量，加工顺先加工内外型，最后车端面至尺寸。

通过锻件工艺改进，机加工中装夹方式及夹紧力控制，加工参数优化和加工余量的合理安排，解决铝合金机匣零件加工变形大问题。

4.2包容环复合材料粘接

1） 包容环复合材料粘接参数确定

通过试片工艺试验，摸索表面状态、温度等对粘接强度的影响。在阳极化下，在15℃环境固化，根据对比吹砂和阳极化的试片的粘接强度结果，阳极化试片的粘接强度较差，根据对比试片阳极化以后是否填充对粘接强度结果的影响，阳极化填充的试片粘接强度更好。选取20℃和24℃的温度固化进行对比试验，仍然只有吹砂后的试片粘接强度满足要求。经过验证，在固化时间足够的情况下，温度对粘接强度的影响较小，但表面状态对粘接强度的影响较大，试片需要在吹砂表面粘接强度才能合格。

2）包容环胶层厚度确定

采用模拟件进行粘接试验，粘接后剖切检查， J-168 胶粘剂的胶缝无缺胶漏胶现象;胶层厚度、零件圆度等尺寸要求可通过工艺保证。

4.3包容环机加工工艺

1） 包容环加工刀具

包容环复合材料难加工，对刀具要求高，选择具有高硬度、耐磨性好、强度高和锋利的刀具。通过工艺试验选择PCD金刚石刀具，采用左右偏刀加工，刀具结构见图2。

2）包容环加工刀具路径

包容环复合材料中纤维材料在加工中刀具路径选择从上下两端分别进刀，避免纤维未被切断将纤维拉扯，导致分层、开裂等问题。

3）包容环加工工艺参数确定

包容环芳纶纤复合材料中的纤维织物很难加工，加工参数不合理，可产生包容环材料分层、脱落、翻边等问题。优化后的工艺参数为v=80～100（m/min），f=0.2±0.03（mm/r），ap≤0.5mm。

包容环分层见图3。优化后的方案加工，尺寸及技术条件满足要求，加工后零件内型见图4。

5 结束语

通过本次风扇机匣组件工艺攻关试验，开展风扇铝合金机匣加工变形控制研究、包容环复合材料粘接加工艺试验，大型铝合金薄壁机匣机加工圆度可控制在0.4mm以内;掌握了包容环复合材料的切削加工技术，掌握了铝合金机匣上粘接芳纶纤维的制造工艺。

参考文献：

[1]吴旭刚，李东崛，窦远. 某焊接机匣加工方法探析[J].中国新技术新产品. 2021（22）：64-66

作者简介：黄梅（1967-），女，四川泸州人，本科，工程师 ，研究方向：机械加工