徐蛟龙 周吉 辛明明
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066
摘要：随着航空发动机技术的不断发展，发动机各项技术指标不断提升。其中发动机进气压力就是其中一个重要技术指标。因为高推重比发动机在其大功率工作时，对进气压力有较高的需求。而为实现这一要求理想的扩压器是前提。因此在发动机研制和制造过程中，扩压器的加工尤为重要。而现实情况是在科研生产过程中，扩压器经常出现这样或那样的问题，诸如变形、过切等等。要解决此类问题，就要优化扩压器加工工艺以提升产品质量。
关键词：发动机；扩压器；工艺提升；
1.概述
扩压器作为发动机的关键部件在发动机整机中起着至关重要的作用，因此在实际研制加工中需要引起广大航空航天科技人员的广泛重视，这类零件往往有着壁薄刚性差、尺寸精度高、加工变形大等相同特点，因而在对其进行冷加工制造过程中经常会出现装夹不便、加工难度大、一次加工合格率低等问题，这也是制约各型发动机中此类零部件研制进度的难题，如不能彻底解决其冷加工质量问题，势必将制约着以其作为动力装置的飞行器的性能发挥。
2.零件工艺性分析
该扩压器材质为锻件2214铝合金，最大轮廓尺寸为径向：Φ415.32±0.15，轴向：77.35±0.1，附有49片轴向叶片和23片径向叶片，零件结构属于薄壁件，最薄处尺寸仅为1.8±0.12。因零件本体较薄，而叶片高度较大，去除材料多，本体强度低，抗变形能力差。使得零件装夹困难，加工易震动，因而零件易产生变形、振纹以及叶片过切等缺陷。无论是加工还是装夹过程中，轻微的不合理均有可能造成零件较大变形。所以提高零件加工质量稳定性的关键就在于控制零件变形。
3.针对零件变形的控制
3.1工艺路线的优化
优化后的工艺路线分别在半精车、精铣后增加一道研磨，在半精铣后增加一道消除应力。增加研磨工序的主要作用是将上道的变形及时消除，保证下一道加工的定位面的良好平面度，使得零件在装夹前后不会产生较大变形，避免由于上道加工后产生的变形进入后续加工，消除变形累积。增加消除应力的主要作用是及时释放零件内部的应力，避免因缓慢释放致使零件在加工过程中边加工边变形。
3.2装夹方式的优化
控制变形的另一个重要手段就是优化装夹方式：将原来第一道半精车的装夹方式由软爪撑改为拼装夹具装夹，压紧位置限定在侧壁顶部，避免悬空压紧产生的变形。零件精加工径向叶片镗孔时，在镗孔前增加研磨工序，保证定位面平面度良好后，采用4处压板对称压紧方式，压紧前找正零件上表面对称4点，记录表跳差，并采用打表压紧方式，压紧前后表跳不大于0.03，目的是保证装夹前后零件变形均匀且一致。
3.3刀具选择的优化
刀具的选择和加工参数的优化也是减小零件变形的一项重要手段。铝合金强度和硬度较低，宜选用大的前角。粗车时取前角γ0=20°～25°，精车时取γ0=25°～30°，切削刃要求磨得锋利，刀面表面粗糙度值要小。由于铝合金的弹性模量小（约 GMP 70 ），只有 45 钢的1/3左右，由工件弹性恢复产生的后面摩擦更为严重。所以，应选取较大的后角，粗车时取 后角α0 =8°～10°，精车时取α0 =10°～12°，刃倾角一般取λs =0°～10°，粗加工取小值，精加工取大值。车刀片常用的如“肯纳 5410 KC ” ，铣刀常用的如“肯纳ABDE… …K600” 。 经过优化后，该零件加工过程中所用刀具除却专用高速钢刀具外，其余均按照上述原则选用刀具。
3.4加工方式的优化
除此之外，新工艺路线在零件去除量设计上也进行了优化：两道翻转半精车、精铣轴向叶片与精铣凸台，正反研磨均采用正反均匀去量，旨在平衡正反两个方向加工应力，使之减小变形量。
3.5加工参数的优化
合理的加工参数，也是控制铝合金薄壁件变形的重要手段。由于铝合金的强度和硬度较低，且导热性好，宜进行高速切削。与车削45 钢相比，车削硬铝的切削速度可提高 3 倍以上。
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4.针对零件过切的控制
扩压器叶型采用五轴铣削加工，精加工径向、轴向叶片采用 NREC 软件编程。针对前尾缘过切问题在如下方面进行改进。
4.1叶形补偿技术
利用软件功能，对前尾缘部分进行补偿，补偿量为 0.03mm，再对加工精度进行调整。 再通过Vericut仿真软件对新编的五轴加工程序进行完全仿真，避免加工缺陷的产生。
4.2 加工参数优化
利用软件功能，将前尾缘部分铣削速度降为压力面和吸力面铣削部分的30%，采用低转速低进给的铣削方式，降低刀具震动，减轻因刀具震动而造成的过切效果。
5.扩压器叶型铣削提效
扩压器类零件加工过程时间长，消耗刀具数量大，传统的改进方案多以修改数控程序的方式进行提效，但也遇到瓶颈。我车间与西安某公司开展了运用超声波刀柄铣削扩压器叶型的加工试验，提效效果显著。
5.1试验过程中未发生过切现象。从加工时发出的声音可判断，超声波刀柄明显具有减小切削抗力的作用。
5.2试验加工时高度方向未进行分层，加工参数为转速2000转/分钟，叶盆叶背以及前尾缘的进给均为200毫米/分钟，每片叶片精加工时间为2-3分钟。
5.3由于加工时间缩短，寿命大大提高，而且由原来的刀尖切削编程整个侧刃切削，试验刀具加工一个整盘后还可继续使用，只有微量磨损。
5.4西安某公司生产的振动刀柄，具有降低加工加工中刀具震动，较小刀具受力磨损的能效，就扩压器类零件精加工工序，加工效率提升近20倍。原扩压器一件精加工需要使用4把φ10铣刀，使用超克能超声刀柄后仅需要1把刀具，刀具寿命提高4倍以上。
6.总结
通过对扩压器的工艺加工研究，掌握了扩压器主要加工难点，即：变形和过切。针对这两个问题，制订了如上的改进方法和解决措施，并通过不断改进优化形成了一定经验。 此外，本研究将会为后续新型发动机中类似材质、类似结构的薄壁零件制造提供宝贵经验，使得新型发动机中薄壁零件冷加工工艺制造过程少走弯路，有效缩短其研制周期，并且提高新型发动机中薄壁零件的制造质量，进而有效解决新型号发动机中同类零件类似的制造难题。
参考文献
[1]李盼 薄壁零件数控加工工艺质量改进分析 2013
[2]张胜华，曹胜全 铝合金组织细化处理 2001