航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣機(jī)械加工變形分析_優(yōu)秀論文

1、 航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣機(jī)械加工變形分析摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的動(dòng)力核心部件。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要受力部件, 其質(zhì)量對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)有著重大影響。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的材料多選用鈦合金和鎳基合金為主, 具有難切削、形狀復(fù)雜、壁薄、易產(chǎn)生變形等特點(diǎn), 這給它的機(jī)械加工過(guò)程帶來(lái)了極大的難度。本文將重點(diǎn)分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣在機(jī)械加工過(guò)程中影響變形的因素, 包括裝夾力變形、切削力變形和殘余應(yīng)力變形等。在此基礎(chǔ)上, 我們分析控制機(jī)匣變形的有效措施, 包括裝夾方法、工藝裝備、加工過(guò)程、切削參數(shù)、走刀路線等。關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；機(jī)匣；變形航空已成為各國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ? 尤其是新型冠狀病毒期間, 為了及時(shí)獲得急需的

2、醫(yī)療物資, 航空運(yùn)輸因其快速高效的特點(diǎn)成為各國(guó)運(yùn)送醫(yī)療物資的主要交通工具。日常生活中, 航空運(yùn)輸也是必不可少的出行交通方式。航空運(yùn)輸在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域都擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。航空制造業(yè)體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的科技水平、工業(yè)發(fā)展水平、軍事實(shí)力和綜合國(guó)力等, 它關(guān)系著一個(gè)國(guó)家的科技、工業(yè)、軍事的發(fā)展, 關(guān)系著一個(gè)國(guó)家的安全, 因此, 各國(guó)對(duì)航空制造業(yè)都非常重視。飛機(jī)上有上萬(wàn)個(gè)零部件, 每個(gè)零部件的制造精度及質(zhì)量, 都會(huì)影響整個(gè)飛機(jī)的性能和安全, 航空發(fā)動(dòng)機(jī)更是在所有零部件中占有非常重要的地位, 它作為飛機(jī)的動(dòng)力核心, 為飛機(jī)的高速飛行提供強(qiáng)大的動(dòng)力, 被譽(yù)為工業(yè)皇冠上的明珠。對(duì)于飛機(jī)來(lái)說(shuō), 發(fā)動(dòng)機(jī)

3、就是它的“心臟”, 對(duì)飛機(jī)性能、可靠性、制造成本等都起著決定性的作用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一, 它是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的基座, 主要起承力和包容作用。其外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 不同的種類的發(fā)動(dòng)機(jī)、同一發(fā)動(dòng)機(jī)的不同部位, 其機(jī)匣的結(jié)構(gòu)形狀也不盡相同, 機(jī)匣零件一般是圓筒形或圓錐形的薄壁筒體, 如圖1所示。近年來(lái), 隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和提高, 新型發(fā)動(dòng)機(jī)不斷涌現(xiàn), 與之相配合的機(jī)匣零件的材料、結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求。越來(lái)越多的高強(qiáng)度、難加工的新型復(fù)合材料被采用, 機(jī)匣的結(jié)構(gòu)越來(lái)越先進(jìn)合理、輕巧和緊湊, 這就給發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件的制造帶來(lái)了更大的難度。本文接下來(lái)將針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零

4、件制造過(guò)程中影響變形的因素進(jìn)行分析, 并探索控制其變形的具體措施。1制造過(guò)程中影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣變形的因素機(jī)匣從毛坯到加工得到零件的過(guò)程中, 影響變形的主要因素有以下幾方面：1.1發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的毛坯形變發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣的工作表面主要為內(nèi)、外表面, 其內(nèi)表面主要是承載渦輪葉片, 外表面需要連接許多附件系統(tǒng), 如冷卻、油路系統(tǒng)、各種管路和控制部件等。為了適應(yīng)工作要求, 機(jī)匣不僅具有復(fù)雜的幾何形狀, 還具有不均勻的壁厚。因此, 機(jī)匣大多用耐高溫合金、高強(qiáng)度鋼、鈦合金、鎳基合金等復(fù)合材料制成, 毛坯用強(qiáng)度和韌性等綜合性能的鍛件毛坯、鑄造、焊接等方式獲得。在鍛造、鑄造、焊接的過(guò)程中, 由于壁厚不均勻, 毛坯內(nèi)在彎

5、曲加工過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力, 雖然經(jīng)過(guò)熱處理及時(shí)效處理, 但還是會(huì)有一定的應(yīng)力集中。這些內(nèi)應(yīng)力在在加工過(guò)程中, 就會(huì)使機(jī)匣零件變形。1.2安裝裝置影響機(jī)匣的形變機(jī)匣零件的外形復(fù)雜, 在進(jìn)行定位安裝時(shí)一般采用專用的夾具, 零件在夾具中正確定位后, 要施加一定的夾緊力。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣屬于典型的大型薄壁零件, 零件剛度較差, 如果安裝裝置中定位、輔助支承的位置和夾緊力的作用點(diǎn)等計(jì)算不精確, 在夾緊力的作用下, 就會(huì)導(dǎo)致機(jī)匣端面以及薄壁處發(fā)生變形, 從而影響機(jī)匣的精度。1.3加工過(guò)程對(duì)影響機(jī)匣形變機(jī)匣的加工方法一般有車削、銑削、鉆削等。首先, 由于機(jī)匣零件的材料鈦合金、鎳基合金都是強(qiáng)度高、韌性高的難加工材料

6、, 加工余量大, 在加工過(guò)程中, 毛坯的材料去除率達(dá)到了70%以上。因此, 切削加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的切削力, 由于大型薄壁的機(jī)匣零件剛度不足, 在切削力作用下薄壁處容易產(chǎn)生“讓刀”現(xiàn)象。其次, 切削過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱, 并伴隨有積屑瘤、冷作硬化等現(xiàn)象, 這將使零件表面產(chǎn)生一定的表面殘余應(yīng)力。最后, 在切削加工過(guò)程中, 加工部位的尺寸大, 一次走刀距離長(zhǎng), 刀具受切削力和切削熱的影響, 會(huì)產(chǎn)生一定的變形和磨損, 必然會(huì)影響刀具的切削性能, 使得機(jī)匣的不同部位在加工中出現(xiàn)切屑層參數(shù)的變化, 從而影響機(jī)匣零件的變形。因此, 切削加工過(guò)程會(huì)使機(jī)匣零件產(chǎn)生一定的加工變形。綜上所述, 機(jī)匣零件的安裝

7、、加工、刀具切削性能及殘余應(yīng)力等是影響機(jī)匣零件變形的主要因素。2機(jī)匣變形的主要控制措施航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣是典型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型薄壁零件, 在加工制造中易發(fā)生變形, 從而影響零件的精度, 因此, 要對(duì)變形加工控制。主要變形控制方法如下。2.1選擇合適的加工設(shè)備。在加工形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)匣零件時(shí), 使用普通的車床、銑床、鉆床等設(shè)備, 要使用復(fù)雜的工藝設(shè)備才能完成加工要求, 零件經(jīng)過(guò)多次裝夾, 會(huì)影響變形并影響加工的精度。多軸數(shù)控機(jī)床特別適用于機(jī)匣的中、小批量生產(chǎn)綱領(lǐng)要求。它在加工零件時(shí), 能夠按照工序集中的原則減少工件的裝夾次數(shù), 使用合理的走刀路線減少工藝裝備的數(shù)量。因此, 數(shù)控加工是有效減少機(jī)匣零

8、件加工變形的措施之一。2.2改進(jìn)零件的裝夾方法機(jī)匣零件在完成基本的定位夾緊要求后, 對(duì)薄弱部分增加輔助支承以抵抗夾緊、加工過(guò)程中的軸向力和徑向力。主要方法有兩種：一是機(jī)械輔助支承, 采用能夠形成均勻可調(diào)的聯(lián)運(yùn)張緊機(jī)構(gòu), 使變形控制在允差范圍內(nèi), 改善變形效果非常理想, 這種輔助支承方式在國(guó)內(nèi)外加工大型薄壁零件時(shí)被廣泛采用。二是非機(jī)械方法支承, 在機(jī)匣殼體內(nèi)部充滿石膏、石蠟等化學(xué)物質(zhì)增加零件的剛度, 減少安裝和加工過(guò)程中的變形, 在發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件的加工中, 這種方法早已被采用。2.3加工工藝過(guò)程的合理選擇。通過(guò)合理安排工序、走刀路線等使加工過(guò)程中零件的變形得以控制。（1）劃分合理的工序并優(yōu)化。

9、將機(jī)匣零件的加工階段劃分為粗加工-半精加工-精加工, 優(yōu)化工序使零件變形部位的厚度增加以增加剛度, 減小變形。這是控制機(jī)匣零件變形的一種操作簡(jiǎn)便、成本小的最有效的方法之一。（2）設(shè)計(jì)合理的走刀路線并優(yōu)化。每個(gè)加工部位采取分層多次走刀, 按照余量均勻的原則精益設(shè)計(jì)走刀路線, 使相對(duì)、相背的表面粗加工和半精加工后的余量保持一致。加工過(guò)程中, 采用相同的切削用量, 使加工過(guò)程的切削力和切削熱及加工后的殘余應(yīng)力都基本上處于一個(gè)相近的狀態(tài), 從而減小零件加工過(guò)程中引起的變形。（3）切削參數(shù)的合理選擇。切削參數(shù)有切削速度、背吃刀量和進(jìn)給量, 由切削力的經(jīng)驗(yàn)公式并分析各項(xiàng)參數(shù)的影響可知, 對(duì)切削影響從大到小

10、的順序依次是背吃刀量、進(jìn)給量和切削速度。綜合考慮材料切除率、切削力、切削溫度、表面粗糙度及刀具壽命等因素后, 選取小切深、小進(jìn)給、高速切削的方法, 這樣既保證了加工效率, 又減小了切削力, 從而減小機(jī)械加工引起機(jī)匣零件的變形。隨著科技水平的日益提高, 高速切削逐漸得到了廣泛應(yīng)用。德國(guó)MTU公司數(shù)控銑削鈦合金葉盤時(shí)粗、精加工時(shí)的切削速度分別可達(dá)到100m/min和300m/min。加工中陶瓷刀具切削速度可以達(dá)到900m/min以上, 金屬切除率高達(dá)200cm2/min, 是英國(guó)羅羅公司加工高溫合金的一種主要方法。（4）熱處理工序的合理安排。為了減少機(jī)匣零件的毛坯和加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力, 應(yīng)該合理地安排熱處理工序, 在不改變零件材料金相組織的前提下釋放內(nèi)應(yīng)力, 從而減小它對(duì)機(jī)匣零件變形的影響。3結(jié)語(yǔ)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣是一種典型的大型薄壁零件, 加工中容易產(chǎn)生變形, 影響變形的因素很多, 控制變形的措施多種多樣, 加工中減小變形、保證加工精度是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程, 需要從毛坯、工藝裝備、工藝路線、切削參數(shù)、熱處理等方面綜合考慮, 可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)綜合因素進(jìn)行優(yōu)化。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高, 新型的加工技術(shù)如3D打印技術(shù)、激光切削、化學(xué)銑等加工方法日益成熟, 它們都會(huì)使機(jī)匣零件的變形得到控制并提高加工質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1馮國(guó)