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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410616121.9 (22)申请日 2014.11.04 B23P 15/00(2006.01) (71)申请人 西安航空动力股份有限公司 地址 710021 陕西省西安市未央区凤城十路 (72)发明人 余影锋 任景刚 唐小平 曹宗林 林大凯 王兆清 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 蔡和平 (54) 发明名称 一种航空发动机包容机匣的加工方法 (57) 摘要 本发明公开了一种航空发动机包容机匣的加 工方法， 在加工航空发动机包容机匣时， 先确定车 加工的余量， 再分别确定车加工及钻加工的。
2、刀具 和加工参数， 最后在对加工好的另加进行钳修处 理， 使其能够满足后续表面处理要求， 完成整个包 容机匣的加工。另外， 本发明在钻加工后采用风 冷冷却， 由于包容机匣加工时为防止纤维吸入水 分导致材料膨胀变形， 不能使用冷却液， 加工过程 中使用压缩空气风冷实现干切削 ； 本发明加工方 法可有效保证零件的加工质量， 保证其层间不出 现分层、 开裂等缺陷， 完全满足零件的相关技术指 标。降低零件的加工成本， 减小其加工技术难度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 104439934 A (。
3、43)申请公布日 2015.03.25 CN 104439934 A 1/1 页 2 1. 一种航空发动机包容机匣的加工方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 1) 车加工余量的确定 将除包容机匣与钛合金机匣粘接后封闭的表面按最终尺寸进行加工， 其余所有非封闭 表面留有能够保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均能够见光的余量 ； 2) 车加工刀具及加工参数的确定 采用聚晶金刚石车刀或金刚石涂层车刀进行车加工， 切削速度 200 230m/min， 进给 量 0.4 0.6mm/r， 每刀加工深度 1.0 1.2mm ； 3) 钻加工刀具及加工参数的确定 采用高速钢或硬质合金材料钻头进行钻加。
4、工， 钻孔转速在 8000 12000r/min， 每次加 工深度为 0.4 0.6mm， 分多次进行加工， 并风冷冷却 ； 4) 钳修 对包容机匣表面用刀片或砂纸进行钳修， 满足后续表面处理要求， 完成整个包容机匣 的加工。 2. 根据权利要求 1 所述的航空发动机包容机匣的加工方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 1) 中， 所有非封闭表面的单边按 2mm 2.5mm 留余量。 3. 根据权利要求 1 所述的航空发动机包容机匣的加工方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 1) 中， 所有非封闭表面包括包容机匣的上、 下端面及包容机匣的内流道。 4. 根据权利要求 1 或 2 或 3 所述的航空发。
5、动机包容机匣的加工方法， 其特征在于 ： 所 述的步骤 2) 中， 车加工的具体方法是 ： 零件的两端面加工时刀具与纤维层间角度呈 90， 需从半径较小的方向向半径较大的 方向走刀 ； 在流道面上分别由两端面向中间部位走刀。 5. 根据权利要求 1 所述的航空发动机包容机匣的加工方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 3) 中， 钻头在结构上选用三尖两刃形式钻头。 6. 根据权利要求 1 或 5 所述的航空发动机包容机匣的加工方法， 其特征在于 ： 所述的 步骤 3) 中， 钻加工的具体方法是 ： 钻加工深孔采用啄式钻孔法， 在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段， 每次进给只 产生较小的切屑， 且。
6、需要及时将切屑排除孔外 ； 孔口倒角使用大前角 C 型锪钻， C 型刃将纤 维向中心切断。 权 利 要 求 书 CN 104439934 A 2 1/4 页 3 一种航空发动机包容机匣的加工方法 技术领域 0001 本发明属于航空设备加工技术领域， 具体涉及一种航空发动机包容机匣的加工方 法。 背景技术 0002 航空发动机风扇机匣为采用内包容结构的机匣， 包容机匣为树脂基芳纶纤维复合 材料， 由于包容机匣的尺寸基准在风扇机匣端面上， 包容机匣通过粘接与钛合金机匣进行 固定， 尺寸精度要求较高， 若包容机匣通过单件加工后与钛合金机匣粘接为一体无法保证 组合后包容机匣的结构尺寸。 而粘接后的组合。
7、件加工过程中一旦无法满足设计要求就无法 满足正常的使用要求， 由于零件结构的特殊性无法实现拆卸更换， 甚至需要将零件报废， 对 零件加工合格率的影响巨大， 极大的影响零件的加工成本和加工效率。 发明内容 0003 本发明的目的在于解决上述问题， 提供一种加工方法简单、 能够满足一定结构精 度， 有效的航空发动机包容机匣的加工方法， 该方法能够满足设计图要求， 保证零件的正常 使用， 本发明可以实现航空发动机包容机匣的车加工及钻孔加工， 有效保证航空发动机包 容机匣的尺寸精度及功能要求。 0004 为了实现上述目的， 本发明所采用的技术方案包括以下步骤 ： 0005 1) 车加工余量的确定 00。
8、06 将除包容机匣与钛合金机匣粘接后封闭的表面按最终尺寸进行加工， 其余所有非 封闭表面留有能够保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均能够见光的余量 ； 0007 2) 车加工刀具及加工参数的确定 0008 采用聚晶金刚石车刀或金刚石涂层车刀进行车加工， 切削速度 200 230m/min， 进给量 0.4 0.6mm/r， 每刀加工深度 1.0 1.2mm ； 0009 3) 钻加工刀具及加工参数的确定 0010 采用高速钢或硬质合金材料钻头进行钻加工， 钻孔转速在 8000 12000r/min， 每 次加工深度为 0.4 0.6mm， 分多次进行加工， 并风冷冷却 ； 0011 4)。
9、 钳修 0012 对包容机匣表面用刀片或砂纸进行钳修， 满足后续表面处理要求， 完成整个包容 机匣的加工。 0013 所述的步骤 1) 中， 所有非封闭表面的单边按 2mm 2.5mm 留余量。 0014 所述的步骤 1) 中， 所有非封闭表面包括包容机匣的上、 下端面及包容机匣的内流 道。 0015 所述的步骤 2) 中， 车加工的具体方法是 ： 0016 零件的两端面加工时刀具与纤维层间角度呈 90， 需从半径较小的方向向半径较 大的方向走刀 ； 在流道面上分别由两端面向中间部位走刀。 说 明 书 CN 104439934 A 3 2/4 页 4 0017 所述的步骤 3) 中， 钻头在结。
10、构上选用三尖两刃形式钻头。 0018 所述的步骤 3) 中， 钻加工的具体方法是 ： 0019 钻加工深孔采用啄式钻孔法， 在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段， 每次进 给只产生较小的切屑， 且需要及时将切屑排除孔外 ； 孔口倒角使用大前角 C 型锪钻， C 型刃 将纤维向中心切断。 0020 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果 ： 0021 本发明在加工航空发动机包容机匣时， 先确定车加工的余量， 再分别确定车加工 及钻加工的刀具和加工参数， 最后在对加工好的另加进行钳修处理， 使其能够满足后续表 面处理要求， 完成整个包容机匣的加工。另外， 本发明在钻加工后采用风冷冷却， 由于包容。
11、 机匣加工时为防止纤维吸入水分导致材料膨胀变形， 不能使用冷却液， 加工过程中使用压 缩空气风冷实现干切削 ； 本发明加工方法可有效保证零件的加工质量， 保证其层间不出现 分层、 开裂等缺陷， 完全满足零件的相关技术指标。降低零件的加工成本， 减小其加工技术 难度。 0022 进一步的， 本发明包容机匣的上、 下端面及包容机匣的内流道均需要预留加工余 量， 单边通常按 2mm-2.5mm 留余量， 以保证包容机匣装配后所有装配表面和气流通道均可 以全部见光， 满足相关尺寸要求。 0023 进一步的， 本发明聚晶金刚石车刀或金刚石涂层车刀进行车加工， 金刚石刀具经 得起各种纤维和叠层材料的磨损，。
12、 经过特别改制的聚晶人造金刚石 (PCD) 焊接刀尖或金刚 石涂层刀尖都具有较长的刀具寿命， 可很好地满足尺寸公差和表面粗糙度的要求。可以在 干加工中采用较高的切削参数并实现较少的纤维破裂， 非常适合包容机匣的加工。 0024 进一步的， 本发明钻头在结构上选用三尖两刃形式钻头， 三尖先将纤维层划断， 两 刃对孔壁起到修补的作用。 0025 进一步的， 本发明在钻加工时， 深孔采用啄式钻孔法， 在钻孔过程中将进给分成若 干个循环阶段， 每次进给只产生较小的切屑， 且需要及时将切屑排除孔外， 可有效控制孔边 起毛现象。 0026 进一步的， 本发明在钻加工时， 孔口倒角使用大前角 C 型锪钻， 。
13、C 型刃将纤维向中 心切断， 刃口锋利， 与普通锪钻相比， 加工质量大为提高， 纤维毛边显著减小。 具体实施方式 0027 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明 ： 0028 本发明主要包括以下步骤 ： 0029 (1) 根据包容机匣的特点将除粘接后封闭区域外所有表面留加工余量 2mm-2.5mm ； 0030 包容机匣的内表面为航空发动机风扇机匣组合件的气流通道， 内型面为尺寸要求 严格的斜线与圆弧光顺过渡的型面， 包容机匣上转子叶片对应区域有 4mm 深凹槽一处， 同 时包容机匣的上端面有装配止口， 相关尺寸基准不在包容机匣本体上， 而在与之装配的钛 合金机匣本体上。 0031 根。
14、据包容机匣的结构特点及使用特点， 将除包容机匣与钛合金机匣粘接后封闭的 表面按最终尺寸进行加工外， 其余所有非封闭表面， 包括包容机匣的上、 下端面及包容机匣 说 明 书 CN 104439934 A 4 3/4 页 5 的内流道均需要预留加工余量， 单边通常按 2mm-2.5mm 留余量， 以保证包容机匣装配后所 有装配表面和气流通道均可以全部见光， 满足相关尺寸要求。 0032 (2) 将包容机匣与机匣本体粘接固定后编制数控程序在数控车床上采用聚晶人造 金刚石 (PCD) 车刀或金刚石涂层车刀进行车加工， 其中上、 下端面每刀从小半径方向向大 半径方向走刀， 流道面分别由两端面向中间部位走。
15、刀， 切削时线速度 200 230m/min， 进给 量 0.4 0.6mm/r， 每刀加工深度 1.0 1.2mm， 车床上配备大功率抽风、 除尘设备， 操作工 按规定佩戴劳动保护用品 ； 0033 芳轮纤维是目前复合材料中机械加工最难的材料之一， 选用的刀具不合适， 加工 后特别容易分层、 起毛、 开裂等缺陷。芳纶纤维复合材料的切削过程与金属的切削大不相 同， 其切屑并非像大多数金属那样通过剪切而形成， 而是在加工过程中切断环氧树脂和折 断纤维材料来形成。加工复合材料的包容机匣一般原则是， 采用有足够锋利的切削刃的刀 具， 以便在获得较高光洁的切削效果的同时， 将刀具与工件间的摩擦降到最低。
16、。 0034 包容机匣的上、 下端面及内表面均需要进行车加工， 金刚石刀具经得起各种纤维 和叠层材料的磨损， 经过特别改制的聚晶人造金刚石 (PCD) 焊接刀尖或金刚石涂层刀尖都 具有较长的刀具寿命， 可很好地满足尺寸公差和表面粗糙度的要求。可以在干加工中采用 较高的切削参数并实现较少的纤维破裂， 非常适合包容机匣的加工。 0035 具体加工时必须要考虑刀具的走刀路线， 零件的两端面加工时刀具与纤维层间角 度基本呈 90， 需从半径较小方向向半径较大方向走刀。在流道面上时刀具与纤维层间的 方向较小， 接近于 0， 易造成层间开裂， 需要在实体面上出刀， 此时必须从上、 下两端面分 别向中间走刀。
17、。 0036 在包容机匣的车加工过程中采用聚晶金刚石刀片， 切削速度 200 230m/min， 进 给量 0.4 0.6mm/r， 每刀加工深度 1.0 1.2mm。 0037 (3) 钻孔时用三尖两刃结构硬质合金钻头， 啄式钻孔法加工深孔， 孔口倒角使用大 前角 C 型锪钻加工， 加工参数 ： 线速度 80-120m/min， 每次加工深度约 0.5mm 分多次进行加 工 ； 0038 包容机匣上孔的钻入、 钻出处易产生层间剥离和毛边， 孔壁表面相对粗糙。 相对于 基体树脂， 强韧的纤维难于切断， 就会在钻入时由钻头外缘转角部位向上拉出纤维， 钻出时 又把纤维向下拉出， 包容机匣出现层间剥。
18、离现象。要达到合格的表面粗糙度就要求格外小 心， 以在纤维层与基体之间获得满意的切削效果。根据包容机匣使用的芳纶纤维材料的性 能特点， 钻孔转速在 8000-12000r/min， 风冷冷却。 0039 芳纶纤维难切削， 对刀具磨损严重， 其加工刀具一定要特别锋利、 耐磨， 保证加工 中少换刀。钻孔时选用高速钢或硬质合金材料钻头。结构上选用三尖两刃形式钻头， 锋利 的三尖先将纤维层划断， 两刃对孔壁起到修补的作用。 0040 包容机匣的上端面均匀分布有15个台阶孔， 直径3.4， 深度为17， 同时孔口有深度 1.3 的直径 4.6 沉孔处带有一倒角， 小直径深孔用三尖两刃结构硬质合金钻头， 。
19、采用啄式钻 孔法， 在钻孔过程中将进给分成若干个循环阶段， 每次进给只产生较小的切屑， 且需要及时 将切屑排除孔外， 可有效控制孔边起毛现象。小孔的孔口倒角则使用大前角 C 型锪钻， C 型 刃将纤维向中心切断， 刃口锋利， 与普通锪钻相比， 加工质量大为提高， 纤维毛边显著减小。 0041 包容机匣加工时为防止纤维吸入水分导致材料膨胀变形， 不能使用冷却液， 加工 说 明 书 CN 104439934 A 5 4/4 页 6 过程中使用压缩空气风冷实现干切削， 加工过程中会产生大量的微小颗粒粉尘， 需配备大 功率抽风、 除尘设备， 且操作工须按规定佩戴口罩等劳动保护用品。 0042 (4) 。
20、对包容机匣表面用刀片或砂纸进行适当钳修， 满足后续表面处理要求， 完成整 个包容机匣的加工。 0043 按传统加工方式加工的包容机匣由于刀具及加工参数选取不合适， 走刀路线不合 理， 致使包容机匣车加工后表面光洁度非常差， 局部存在层间开裂现象， 需要进行修补， 严 重偏离设计状态， 无法满足设计要求。 采用本发明加工方法加工风扇机匣后段组合件， 选取 合理的车加工刀具及加工参数， 设计合适的走刀路线及加工顺序， 大大提高了包容机匣车 加工后的表面光洁度， 避免了层间开裂问题， 避免了返工返修现象， 加工的零件完全满足设 计要求。本发明降低了包容机匣的加工难度， 保证了产品质量。 0044 以上内容仅为说明本发明的技术思想， 不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按 照本发明提出的技术思想， 在技术方案基础上所做的任何改动， 均落入本发明权利要求书 的保护范围之内。 说 明 书 CN 104439934 A 6 。