活塞式发动机安装节加工工艺研究.docx

《活塞式发动机安装节加工工艺研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《活塞式发动机安装节加工工艺研究.docx（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、活塞式发动机安装节加工工艺研究 摘 要：在活塞式发动机零部件加工中，安装节属于异形结构件，其材料特别，形态奇异，尺寸精度要求高、公差小，难以装夹及加工，本文通过对零件的加工工艺分析，选择合适的热表处理方式，摸索合理的加工参数，来提高生产合格率和产品质量水平。 关键词：安装节；尺寸精度；加工难点；形位公差；数控加工 中图分类号：TH162.1 文献标记码：A 1 概述 活塞式发动机是我国胜利研制的第一台航空发动机，目前国外航空发动机中活塞式发动机主要装备于小型飞机中，国内对此类发动机的制造还处于较低的水平。国防科工委提出要研制开发水平对置活塞式航空发动机，填补我国对置活塞式航空发动机的空白。安装

2、节是活塞式发动机一个关键重要零件，为铸件铝合金毛坯，形态结构困难，尺寸精度要求高、公差小。首次加工在工艺路途、装夹方式上并无太多阅历可借鉴，本文通过对零件的加工工艺分析，选择合适的热表处理方式，摸索合理的加工参数，确定合适的工艺路途，来提高生产合格率和产品质量。 2 零件的功用 安装节作为发动机和飞机上的一种联接件，用于发动机零件或者发动机在飞机上的固定，并传递部分横向外传力，并允许相对轴向位移，起发动机协助支承和热补偿作用，通常作为发动机部件或者发动机在飞机上的定位点。 3 零件结构及分析 3.1 零件的结构 安装节由支承部分、工作部分、连接安装部分组成，对零件上的安装面、支承孔表面及基准面

3、有较高的技术要求。发动机静子中，向安装节传递负荷的由构件组成的主干路途称为承力系统，主干构件主要由承力壳体、承力框架，以安装节组成。安装节的结构形式不仅取决与飞机与发动机的机种，而且还与发动机在飞机上的安装形式、安装位置有关。 安装节形态结构困难，尺寸精度要求高、公差小。支承用端面有较高的平面度及轴向尺寸精度及两端面的平行度要求，对转接作用的内孔等与平面的垂直度要求，外圆、内孔的同轴度要求也比较高，给加工带来了很大难度，须要在加工中不断摸索出可行的加工方法。 3.2 零件的材料 铸造铝合金是在纯铝的基础上加入其他金属或非金属元素，不仅保持纯铝的基本性能，而且由于合金化及热处理的作用，使铝合金具

4、有良好的综合性能，在工业上占有重要地位，大量用于军事、工业、农业、交通运输领域，也广泛用作建筑材料、家庭生活用具和体育用品。 铸造铝合金ZL105属于Al-Si-Cu系合金，化学全名ZAlSi5Cu1Mg，化学成分：4.5%-5.5%Si， 1.0%-1.5%Cu， 0.4%-0.6%Mg， 其余为Al。铸造铝合金ZL105具有良好的加工性能、锻造性能和足够强度，冷成性，切削性、焊接性、抗蚀性及可热处理强化性能好，适用于铸造形态较困难和承受中等载荷、工作温度至250度的各种发动机零件和附件，例如气缸、机匣、油泵壳体、安装节座等。材料的物理性能、机械性能见表1。 3.3 零件的精度指标 安装节零

5、件是发动机部件或发动机在飞机上的安装受力件，因此其各项精度要求指标均很高。 3.4 毛坯及其选择 为保证零件有足够的强度，毛坯采纳精铸毛坯，可保证内部组织为流线型。与锻造相比可铸造出形态比较困难，尺寸较为精确的毛坯，不但削减了机械加工余量及机械加工后残余应力而产生的零件变形，而且节约了铝合金金属材料。 3.5 零件的热处理 由于零件受到肯定的静载荷，不致因温度、变形或制造装配而引起的内应力，飞机与发动机不是刚体，受热、受力引起的变形量较大。因此零件材料经过热处理，达HB73。 3.6 零件的表面处理 零件铝合金金属在空气中会氧化，经过阳极化处理，能使零件表面获得一层致密膜层，可以使金属表面光泽

6、许久不变，抗蚀性强，机械强度有所提高。 4 工艺分析 4.1 机械加工工艺分析 4.1.1 工艺基准 依据零件不同的作用，零件的主要基准会有所不同，一是以端面为主，其零件加工中的主要定位基准为平面；二是以内孔为主，由于盘的轴向尺寸小，往往以孔为定位基准的同时，再辅以端面的协作。 4.1.2 内孔加工方式的选择 零件中最重要的部位为内孔，因此零件内孔的加工特别关键。 因为零件内孔转接要求特别高，所以一般采纳精镗加工方式进行。而要保证零件内孔的精度，那么作为定位基准的必需先达到肯定的加工精度。 4.2 热加工工艺分析 按零件要求，须要经过固溶加不完全人工时效热处理。 由于零件毛坯热处理后硬度HB7

7、3硬度并不很高，一般机械加工应无问题，因此零件在毛坯成型后干脆进行固溶时效以达到要求。 4.3 工艺路途支配 由于该零件结构困难，专用工装难设计，零件B基准面对另一端平面的平行度要求仅为0.02，对内孔的垂直度为0.04，内孔51对A、C基准的位置度为0.1，A、C基准分别为底座平面上的两小孔，空间尺寸较多，难以保证，底座四个U型槽尺寸难以限制。 经过对零件进行工艺分析和尺寸计算，再对工艺路途进行数控化转换，综合考虑各方面的因素，确定工艺路途如下：毛坯数铣数铣数铣数铣数铣数铣数车钳工检验硫酸阳极化涂漆检验。 5 零件加工难点分析 安装节零件精度要求高，加工时较难保证零件的尺寸及形位公差要求。加

8、工首批零件一次交检合格率极低，在加工过程中，主要发觉有以下几个加工难点： 5.1 大孔的加工及精度 车工粗加工B基准面，平面度要求0.02，与底座空间尺寸为82.340.2，内孔尺寸为49，端面与内孔表面粗糙度均为1.6。由于零件外型结构不规则，专用工装难以设计，内孔中心线与底座平面形成一个20度的夹角，加工时底座部分对刀具形成干涉，空间尺寸82.34不便利测量，加工过程中难以限制，相关尺寸难以保证。 5.2 四小孔空间尺寸及其位置度 铣工工序要保证基准面A到中心孔的空间尺寸79.360.05；钻工工序加工底座平面上四个10.2孔，四孔相互位置度为0.1；并且其中两小孔中心与49孔中心线的空间

9、距离尺寸为19.760.05。在无专用工装的状况下，如何在加工过程中限制好两个空间尺寸，是本工序须要解决的重要问题。 5.3 不规则U形槽的特别加工 两道数铣工序分别加工四个U型槽和槽口相对应两平面的若干不规则圆弧组成的台阶。由于U型槽与其相接两侧面，底面均有R连接，本身U型由两个R8构成。一般的加工刀具、机床和加工方法难以达到要求。 5.4 内孔与平面形位公差要求 加工零件B基准面与另一平面，保证平面度0.02，两型面平行度0.02，B基准面对内孔垂直度0.02，两平面表面粗糙度为1.6，正反平面同时加工；内孔51对A、C基准位置度仅为0.1；在三轴加工中心无法达到要求，即使支配在四轴卧式加

10、工中心上加工，也难以保证各尺寸精度。并且没有专用工装，同时加工两个型面，受力不匀称，简单导致零件变形。 6 工艺改进及解决措施 6.1 车工夹具与铣刀的选择 由于一般车床加工尺寸难以保证，零件外型结构不规则，专用工装难以设计，加工时底座部分对刀具形成干涉，空间尺寸82.34测量不便，所以将车工改为数控铣削加工，这样利用简洁的拼装夹具，就能解决装夹问题。并且在加工过程中，能够便利的限制空间尺寸82.34，测量便利；铣刀与夹具之间也不会形成干涉。 选择20与14的合金铣刀，通过调整合适的主轴转速与进刀量，来保证平面度0.02与表面粗糙度1.6。粗铣平面：主轴转速600转/分，进刀量15MM/分，精

11、铣平面：主轴转速1200转/分，进刀量20MM/分；铣内孔：粗铣600转/分，进刀量20MM/分；精铣1500转/分，进刀量25MM/分。 6.2 加工方法与装夹方式的改进 由于两道工序均要保证两个空间距离尺寸，所以将两道工序合并成一道工序在数铣上加工，这样在加工平面和钻孔的同时，可以通过多次进刀，逐步调整尺寸，最终来保证两个公差较小的空间尺寸。用拼装夹具，采纳内孔定位，两平面分别支靠和固定的装夹方式来加工零件。 6.3 数控程序的调整与刀具改制 零件材料为铸造铝合金，易加工，所以两道工序中的U型槽可以通过球头铣刀来加工完成，但要协作单段的加工程序，因为U型槽底部与平面连接的圆弧小于球头铣刀的

12、半径，故采纳一把小型圆弧铣刀来清根对接完成。 改制刀具。在保证刀具强度能经受较刀切削量的同时，选择直径10MM的整体硬质合金球头铣刀，并修磨一把6MM底齿圆弧为R1的一般铣刀来加工零件。 调整主轴转速与进刀量。粗加工要去除较大余量，主轴转速选择600转/分，进刀量20MM/分，留0.5MM余量给精加工。精加工主轴转速调至1010转/分，进刀量25MM/分。 6.4 分工序加工与加工方式改进 将数铣工序分为两道工序进行，首先由数铣加工零件B基准面及此端倒角，内孔51，小孔3.2，并保证相关尺寸，其余部位不加工。拼装夹具采纳A基准面、另一平面支靠，四处U型槽固定的方式装夹，加工前找正D基准孔。加工

13、参数：精铣平面，主轴转速1010转/分，进刀量20MM/分；镗孔，主轴转速1200转/分，进刀量20MM/分。 在加工好零件B基准面及相关尺寸之后，剩下部分将在数车上进行，加工厚度尺寸15.9及此端倒角，保证两型面平行度0.02。采纳软爪撑内孔的方式装夹。加工参数：主轴转速1300转/分，进刀量0.08MM，采纳高转速，低进给的方式，保证零件的表面粗糙度。 7 数控的运用及数控化转换 随着数控设备的增多，运用数控设备加工零件可以加快新机研制进度，这样支配合并工序不仅从成本上得到了节约，而且从精度及进度得到很好的保证。安装节加工工艺路途包含了六道数铣工序和一道数车工序，加工的产品无论是尺寸精度、

14、一样性还是表面粗糙度，都能得到很好的保证，同时也提高了加工效率。 8 表面处理其防护 零件材料为铸造铝合金，在空气中会氧化，铝金属表面自然形成的氧化膜是无晶型的，会使铝金属表面失去光泽，表面会略有钝化，但很薄，不能有效的防止大气中各种介质对铝金属的进一步腐蚀。所以支配硫酸阳极化表面处理，能使零件表面获得一层比自然氧化膜厚许多的致密膜层，再经过封闭处理，无晶型的氧化膜变成结晶型的氧化膜，使零件表面光泽许久不变，增加了抗腐蚀行和机械强度，经染色还可获得装饰性外观。再喷涂H6-1-1环氧有机硅耐热漆，由铝粉、助剂、溶剂等调制而成，进一步增加了零件的抗腐蚀性及耐高温性能。 结语 本文结合活塞式发动机产

15、品加工工艺的特点，系统的分析了其关键重要件安装节的加工工艺过程，该零件结构困难，其精度要求高，加工各部位时，须保持工艺基准、设计基准、检测基准的统一，核算好尺寸链，尽量采纳数控机床加工，以保证最终达到设计要求，探讨了零件热表处理方式，摸索了加工参数，为航空发动机零部件产品的加工工艺供应了肯定的借鉴阅历。 参考文献 1王庆海.数控铣床/加工中心编程与操作M.北京：人民邮电出版社，2022. 2陈宏骏.好用机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，2003. 3杨叔子.机械加工工艺师手册M.北京：机械工业出版社，2001. 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页