一种用棒料加工喷嘴壳体的方法与流程

文档序号:15824079发布日期:2018-11-02 23:27阅读:347来源:国知局

本发明涉及一种喷嘴壳体类零件的加工方法,特别是一种用棒料加工喷嘴壳体的方法。

背景技术

当前,越来越多的新型航空发动机陆续进入研制阶段。燃油喷嘴是构成航空燃气涡轮发动机燃油系统的重要原件,它将发动机的供油调节系统与燃油系统相连接,为飞机提供源源不断的动力输出。喷嘴壳体以其外型结构复杂,差异性大,空间尺寸和技术条件多,制造难度大而著称。其不但有难以加工和检测的空间外型尺寸,也有与燃油喷口、旋流芯等精密零件相配合的精密内型面尺寸,加工难度非常大。

目前,在毛坯制造方面,国内的喷嘴壳体毛坯均采用锻、铸件结构,毛坯制造难度大,周期长,从原材料到最终毛坯制造完成往往需要二、三十道工序,占用设备数量大,生产周期长达2-3月,且制造过程中需要用到多个锻模或铸模,生产成本高。

近年来随着增材制造技术的飞速发展,采用3d打印的喷嘴壳体毛料已在先进的科研机种中得到了应用,但其制造成本非常高,一件毛坯费用高达数十万元,制造精度也有待进一步提高。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种用棒料加工喷嘴壳体的方法,省去了锻、铸件毛坯的设计和制造时间,节约生产成本,降低生产周期。

本发明是通过以下技术方案来实现:

一种用棒料加工喷嘴壳体的方法,以棒料为毛料,采用车削加工的方法粗去毛料余量,获得喷嘴壳体的大致外形结构,再通过精加工得到喷嘴壳体。

优选的,具体为:采用车削加工的方法在棒料上车出安装板和用于加工形成喷嘴壳体杆部的偏心圆柱,然后在安装板上钻多个安装孔;以安装板下表面和安装孔进行定位,进行喷嘴壳体杆部和头部的加工。

进一步的,在棒料上靠近安装板的一端端面上加工出顶尖孔和工艺台,且工艺台与偏心圆柱同轴,用于后续工序中的装夹和找正。

进一步的,喷嘴壳体杆部的加工方法为:计算出杆部中心线与杆部左侧轮廓线的夹角α4,杆部中心线与右侧轮廓线的夹角α5,以α4和α5中的较大值为半角将偏心圆柱进行车加工形成锥体,再加工形成喷嘴壳体杆部。

进一步的,锥体加工完成后,采用线切割的方法将锥体切平面,并去除线切割后的重熔层,采用铣加工中心四轴联动的方式去除杆部型面一侧余量,形成喷嘴壳体杆部。

进一步的,喷嘴壳体头部的加工方法为:首先将棒料沿水平方向上扬一角度α6,使头部轴线处于水平方向,采用线切割方法粗切头部外型,将头部后端面加工成平面,用该平面进行后定位进行后续头部的精加工。

进一步的,待喷嘴壳体头部外型加工完成后,钻头部内腔槽,并采用电火花加工的方法加工出头部八个弧型槽。

进一步的,头部弧型槽加工完成后,采用深孔钻床进行主油路深孔和副油路深孔的加工,然后铣进油接嘴部槽、扩铰孔,并加工副油路进油孔。

进一步的,副油路进油孔加工完成后,采用电火花加工的方法粗加工主喷孔,然后采用铰刀进行铰孔,并采用电火花加工方法加工主油路出口槽和副油路出口槽。

优选的,将喷嘴壳体最大轮廓尺寸沿棒料轴线放置,以1:1的比例,将喷嘴壳体的二维视图模型装入棒料的二维视图模型内部,以分析确定棒料的加工余量所在部位,然后再进行喷嘴壳体的加工。

与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:

本发明直接采用棒料加工复杂的喷嘴壳体,省去了锻、铸件毛坯的设计和制造时间,节约生产成本,降低生产周期一半左右。相比锻、铸件加工时基准难以确定的问题,棒料加工时基准的选择余地更大,精度更高,有利于减小累积误差,提高零件质量。零件交付不再受毛坯供给情况的制约,能够掌控交付主动权。零件合格率不受锻、铸件毛坯制造精度和一致性的影响,合格率进一步提高。棒料加工时基准容易选择且形状规则,精度高,对加工夹具及测具的设计难度大大降低,对专用工装的依赖程度不高,有利于节约生产成本。

进一步的,安装板和安装孔为整个零件的设计基准和加工定位基准所在,是整个零件设计和加工过程中最主要的基准,其他部位的加工基本上均采用安装板和安装孔进行定位,因此采用棒料加工喷嘴壳体时,首先应加工出安装板和安装孔,然后再进行后续的加工。喷嘴壳体杆部与安装板中心一般存在偏心结构,因此在粗去余量时应找出偏心距,车出偏心圆柱,这样才能保证杆部余量得到有效的去除。

进一步的,由于毛料尺寸较大,为了方便后续工序的装夹和找正,需要在进油口端加工出顶尖孔和工艺台,后续工序中可以通过偏心圆柱和工艺台共同进行顶紧以进行加工,可以确保后续车加工时装夹的稳定性。并且工艺台中心与偏心圆柱中心重合,这样就可以通过找正工艺台位置确定出偏心圆柱的位置,也可以在进一步加工杆部锥面时确保顶尖顶紧力正对机床主轴中心。

进一步的,喷嘴壳体杆部的加工过程中,去余量时以α4和α5中的较大值为半角将偏心圆柱进行车加工形成锥体,否则有可能发生过切现象而导致杆部缺肉。

进一步的,由于杆部两侧为平面,车加工后的杆部为锥体,此时还必须将锥体加工为平面,采用线切割切平面是最快的加工方法,锥体加工为平面后,杆部型面一侧尚有微量的加工余量外,依靠铣加工中心采取四轴联动的方式加工去除余量,以获得精准的杆部轮廓外型。

进一步的,加工喷嘴壳体头部时,由于头部后端面为一斜面,考虑到加工头部时切削力较大,斜面定位精度差,因此在车加工头部前先将头部后端面加工成平面,精加工头部时可用该平面进行后定位,可以提高定位精度。

进一步的,将头部圆台沿水平方向上扬一角度α6,使头部轴线处于水平方向,即严格保证头部位置度,可以保证后续精加工喷嘴壳体头部能够顺利进行,否则后续精车头部外圆时将会由于外圆缺肉而无法加工出来。

进一步的,由于头部八槽为断续状,采用车加工的方法无法实现加工,因此采用电火花加工的方法来实现。

进一步的,主油路深孔、副油路深孔由于长径比达到30以上,采用普通的钻床或加工中心钻孔根本无法实现,且受零件结构的限制,无法进行两头对接加工,只能选用由零件外部进刀一次加工成型,因此选用深孔钻床进行加工。

进一步的,主喷孔直径较小,且为斜射式小孔,受壳体特殊结构的影响,夹具设计难度较大,钳加工过程中特别容易断钻头,钻头折断于壳体内部时很难取出,且在钻孔加工过程受到多个因素的综合作用使得钻头实际加工的位置偏离理论位置,因此主喷孔无法采用机械加工的方法获得,直接采用电火花加工。

进一步的,将零件最大轮廓尺寸沿棒料轴线放置,采用“装入法”,将1:1绘制的零件轮廓“装入”棒料内部,这样可确定出棒料的尺寸,并分析确定棒料的加工余量所在部位,便于进行喷嘴壳体的加工,防止漏加工和过切现象的发生,特别适合具有复杂结构外型零件的工艺分析。

附图说明

图1为某机燃油喷嘴壳体结构示意图。

图2为毛料选择示意图。

图3为毛料粗加工示意图。

图4为安装板上端加工。

图5为车偏心圆示意图。

图6为车工艺台示意图。

图7为安装孔加工示意图。

图8为杆部角度示意图。

图9为杆部加工示意图。

图10为线切割杆部两侧面示意图。

图11为精铣杆部型面示意图。

图12为线切割头部外形示意图。

图13为线切割、磨定位平面示意图。

图14为车床夹具示意图。

图15为精加工头部示意图。

图16为电火花加工八槽示意图。

图17为八槽倒角示意图。

图18为头部斜面加工示意图。

图19为副油路深孔加工示意图。

图20为铣进油接嘴部槽示意图。

图21为副油路进油孔加工示意图。

图22为电火花加工主喷孔示意图。

图23为主油路出口槽的加工。

图中:1为头部,2为杆部,3为安装板,4为安装孔,5为进油口部,6为弧形槽,7为凸筋,8为主喷孔,9为棒料,10为偏心圆柱,11为工艺台。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。

本实例中,以喷嘴壳体gh3536为例进行加工方法的介绍。参见图1,喷嘴壳体结构可划分为头部1、杆部2、安装板3和进油口部5四部分,本实例中喷嘴壳体为双油路,不带活门壳体,壳体内部贯穿主、副油路,其分别有独立的进油口。喷嘴头部1中心线与安装板3有一定的空间夹角。

现由上至下各部分介绍如下:

进油口可分为主进油口和副进油口。

安装板3上有四个安装孔4,用来将喷嘴通过螺栓连接固定在机匣外壁上。

杆部内腔有主、副油路两个深孔,直径分别为φ6和φ4,长度超过120,长径比达到20-30,加工难度非常大。

喷嘴壳体的头部1为整个零件的核心部位,头部1大外圆上有8个沿圆周均布的弧型槽,由8个弧型槽分别隔开有8个凸筋,为8个主喷孔所在位置。

本发明通过棒料直接加工具有复杂型面的喷嘴壳体,在加工过程中用到了两种具体的分析方法,即“装入法”和“步步逼近法”。

所谓“装入法”,是将零件(喷嘴壳体)1:1的二维视图模型“装入”毛料(棒料)内部,可以非常直观的发现加工余量所在的部位,防止漏加工和过切现象的发生,特别适合具有复杂结构外型零件的工艺分析。

所谓“步步逼近法”,是在“装入法”的基础上,确定出具有加工余量的部位,然后一步一步对余量进行去除,慢慢逼近最终视图模型,直至全部吻合,即可确定加工完毕。

下面对加工方法进行具体介绍。

零件材料为gh3536,以固溶状态交货,硬度大,由棒料加工至最终形状,所有内外表面均需机械加工,加工余量大。由于毛料采用棒料结构,零件最终的所有型面均需要由机械加工和其他加工方法形成,因此首先应粗加工出喷嘴壳体的整体外型结构。

具体加工方法包括如下几个工序。

(1)纵观整个喷嘴壳体外形结构,确定外轮廓尺寸。毛料采用棒料9时,应尽量将零件的最大外廓尺寸沿棒料9的轴线方向放置。安装板外圆多为回转或近似回转结构,其尺寸决定了棒料9的直径大小。

将零件水平放置,长度约为l1,安装板最大直径为φd1。如前所述,应将零件最大轮廓尺寸沿棒料9轴线放置,如图2所示,采用“装入法”,将1:1绘制的零件轮廓“装入”棒料9内部,这样可确定出棒料9的尺寸。

由图2可见,棒料9直径选φd2较为合适,单个喷嘴壳体的棒料9长度为l2时,能够满足零件的加工,因此首先利用下料切割机切割出长度为l2的棒料9。其中,φd2大于φd1,l2大于l1。

(2)鉴于杆部余量最大,首先将经过下料的棒料9统一车加工为图3所示的台阶状结构,杆部直径φd3小于φd1。

(3)结合以往喷嘴壳体加工经验,安装板和安装孔为整个零件的设计基准和加工定位基准所在,是整个零件设计和加工过程中最主要的基准,其他部位的加工基本上均采用安装板和安装孔进行定位,采用棒料加工喷嘴壳体时,也应遵循这一最基本的工艺设计原则,因此首先应加工出安装板和安装孔,且其加工质量的好坏将直径影响整个零件的加工质量。

纵观整个零件外型,仅有安装板为回转结构,应采用车加工的方法获得,是整个零件上最容易加工的部位。粗加工时将壳体的其余三个部位,即头部、杆部和进油嘴部均近似想象为回转结构,如此可以采用车削加工的方法粗去零件余量,获得零件的大致外形结构,车出安装板,继而在安装板上钻四孔,加工示意图如图4。后续工序以安装板底面和四孔中的两个对角孔定位,压紧安装板上表面,即可完成零件其余部位的精加工。

(4)喷嘴壳体杆部与安装板中心一般存在偏心结构,因此在粗去余量时必须车出偏心结构。偏心距的大小必须通过1:1作图精确计算,否则杆部实际外形将会偏离理论外形,造成局部缺肉的现象。本实例中通过理论计量和作图分析,杆部中心与安装板外圆中心之间偏心距离为l3。

按图4加工后,安装板上表面已经加工到位。由图4也可以看出,加工余量最大的部位依然在杆部和头部,因此接下来应进一步去除杆部和头部的加工余量。由图4可以看出杆部偏下毛料的下方,其中心位置与安装板的中心位置相差l3,因此加工时必须通过普通车床找出l3的偏心距,这样才能保证杆部余量得到有效的去除,车出直径为φd5的偏心圆柱10,加工示意图如图5所示。

(5)零件毛料尺寸较大,为了方便后续工序的装夹和找正,需要在零件两端加工出顶尖孔和工艺台。

后续工序,以所加工的安装板上表面进行定位,偏心圆柱定位夹紧,去除杆部和头部的余量,由于零件悬深较长,平端面后打中心孔,车外圆时必须用顶尖顶紧。加工的偏心圆柱,由图5可见已经接近于杆部最终轮廓。加工时安装板下表面仍留有余量,待后续车杆部锥面时去除,这样可以有效防止接刀的产生。

为了确保铣加工中心钻四孔时能够顺利实现零件的正确装夹加工,同时由于零件长度较长,为了确保后续车加工时装夹的稳定性,有必要在零件的另一端端面上也加工出带顶尖孔的工艺台11,因此本道工序加工内容应为车工艺台11,加工示意图如图6所示。

工艺台11中心与杆部所在的偏心圆柱10中心重合,这样就可以通过找正工艺台11位置确定出偏心圆柱10的位置,也可以在进一步加工杆部锥面时确保顶尖顶紧力正对机床主轴中心。

(6)为了确保装夹的稳定性,在车杆部锥面前,应将安装孔和进油接嘴部位加工到位。以安装板3下表面为定位面,夹紧偏心圆柱10,铣进油接嘴部外型,钻铰安装孔4,加工示意图如图7所示。

(7)安装孔4和进油接嘴部位加工完成后,可以完全去除杆部的余量。分析零件杆部形状,如图8,发现杆部型面两侧轮廓线夹角为α1,杆部左侧型面与头部中心线夹角为α2,安装板法线(杆部近似中心线)与头部中心线夹角为α3。由此可以计算出杆部中心线与杆部左侧轮廓线夹角为α4=α2-α3,杆部中心线与右侧轮廓线夹角为α5=α1-α4。

进一步去余量时依然采用车加工方法,但车加工为回转结构,必须以α4和α5中的较大值为半角进行车加工锥面,加工后椎体角度为α7,α7为α4和α5中较大值的两倍,否则有可能发生过切现象而导致杆部缺肉。同时应确保喷嘴壳体头部位置正好能加工出来,此时杆部2型面已非常接近于零件实际轮廓,安装板3下表面也可以加工至最终位置,加工示意图如图9所示。

加工设备依然为普通车床,利用软爪夹紧偏心圆柱10,零件悬深较长,必须用顶尖顶紧靠近安装板一端的工艺台11。

由于杆部两侧为平面,车加工后的杆部为锥体,此时还必须将锥体加工为平面,采用线切割切平面是最快的加工方法,但必须去除线切割后的重熔层。加工示意图如图10所示。

此时杆部2型面除了最左侧尚有微量的加工余量外,其余部位已全部符合杆部轮廓外形。要想获得精准的杆部轮廓外型,还必须安排一道加工工序。依靠铣加工中心采取四轴联动的方式方可加工,加工示意图如图11。

(8)经过以上工序的加工,喷嘴壳体杆部2外轮廓、安装板3已经全部到位,此时,进油接嘴部位尚预留有工艺台,后续工序已不用,因此可以考虑将其去除,同时将该部位外形精加工至最终尺寸要求。宜采用铣加工中心对其进行铣削,也可以采用先线切割粗去大余量,而后铣加工保证最终尺寸的方法进行加工,定位压紧的位置均与之前相同。

(9)截止目前喷嘴壳体头部尚未进行加工,且头部内外型面是整个零件上加工难度最大的部位,下面详细叙述头部的加工。

加工喷嘴壳体头部时,首先采用线切割方法粗切头部外型,为精加工留出一定的余量。由于头部后端面为一斜面,考虑到加工头部时切削力较大,斜面定位精度差,因此在车加工头部前先将头部后端面加工成平面,精加工头部时可用该平面进行后定位。

头部加工时,宜采用安装板3下表面和安装孔4进行定位,这样加工基准和设计基准重合,加工误差最小。加工前头部为一圆台,加工余量很大,一次加工无法获得最终的头部轮廓,必须分多道工序进行。首先进行第一步,采用线切割方法粗去大余量,如图12所示。

加工过程中需要用到组合夹具或专用夹具,将安装板3圆台沿水平方向上扬一角度α6,使头部轴线处于水平方向。为了保证后续精加工喷嘴壳体头部能够顺利进行,在本工序线切割头部外圆时必须严格保证角度α6,并保证头部轴线与安装孔节圆中心之间的垂直距离为l4,即严格保证头部位置度,否则后续精车头部外圆时将会由于外圆缺肉而无法加工出来。由于头部距离安装板3(定位处)位置较远,再加上没有专用的测具进行100%检测,加工过程中全部采用万能方法加工和检测,因此线切割头部外圆时尺寸α6和l4加工难度很大。

线切割头部外圆时应留有一定的精加工余量。

头部精加工宜采用车加工的方法进行。精车内外形时,需要在头部中间加工直径较大的内孔,去除余量很大,钻孔时沿头部轴线的作用力非常大,为了防止将头部顶偏,必须在头部后方增加一支撑面。因此必须进行线切割和磨平面,即首先采用线切割方法粗切头部外型,将头部后端面加工成平面,精加工头部时用该平面进行后定位。如图13所示。

头部加工过程中采用安装板3上对角的两个安装孔4和安装板3底面进行定位,压紧安装板3上表面。由于喷嘴壳体零件体积较大,加工部位与压紧部位距离较远,从夹具的结构复杂性和安全性两方面考虑,不宜采用组合夹具,因此加工过程中设计专用的车床夹具,夹具示意图如图14所示。该夹具主要由圆柱底盘、角度块、后定位圆柱、测量快和配重块五部分组成。其中圆柱底盘为整个夹具的基础块,实现夹具与机床的连接。角度块主要用来起度,所起角度为喷嘴壳体安装板与头部的夹角α6,角度块上方连接有定位块和两个定位销,与零件安装孔和安装板下表面接触实现装夹定位。后定位圆柱主要用来抵靠零件头部后端面,抵消加工头部时产生的轴向力。测量块的主要作用是加工过程中对零件进行实时测量。配重块主要用来实现夹具转动过程中的动平衡。角度块、后定位圆柱、测量快和配重块与圆柱底盘的连接全部采用圆柱销定位和螺栓连接。

加工时首先利用四爪夹紧夹具外圆同时找正其圆周跳动量在0.03以内,这样才能有效保证头部的理论位置尺寸l4。夹具上中心位置的后定位圆柱与零件头部后端磨加工的平面贴紧,从而达到后定位的作用,用来抵消钻孔加工时巨大的轴向力。

喷嘴壳体头部内外型面的加工是整个零件加工中最大的难点。但前提是要保证喷嘴壳体头部2的外圆能够完整的加工出来。这也就是线切割头部外圆时必须严格保证尺寸α6和l4的原因所在。头部加工示意图如图15所示。

(10)头部八个弧形槽(简称头部八槽)的加工是喷嘴壳体头部加工的又一大难点。头部八槽为断续状,采用车加工的方法无法实现加工,因此不能将其合并在车头部工序。

本实例中,头部八槽槽底直径φ43.4-0.08,要求对喷嘴头部φ35.4+0.20孔中心同轴度为φ0.05,加工过程中必须100%找正零件内孔。两两槽隔开的凸筋的宽度为4.5-0.05和4.5-0.08,同时八槽两侧和根部转接r均为r0.5,若采用铣加工中心加工,必须先使用大铣刀粗去余量,然后使用φ1的球头铣刀进行精加工。φ1的球头铣刀刀具长度仅有35mm左右,夹持部分直径为φ4,有效切削刃非常短,只有1.5左右,因此加工非常缓慢,且特别容易打刀,加工难度很大。

综合分析后认为普通的机械加工方法无法满足八槽部位的加工,必须采取特种加工工艺——电火花加工。但电火花加工后难以保证筋的宽度尺寸,且会在零件表面形成0.03-0.05厚的重熔层。由于八槽部位结构的特殊性,重熔层难以去除,若采用手工打磨则根本无法保证八槽槽底直径尺寸。考虑到八槽主要是与涡流器上的八个凸齿进行配合,只要能够与涡流器紧密配合即可,重熔层对其工作没有影响。因此通过咨询设计人员,允许在八槽表面留有重熔层,这样才可以采用电火花加工的方法来实现。

电火花加工时,采用夹具将零件头部中心线沿竖直方向放置,保证要加工的部位竖直向上,夹具也采用两孔一面进行定位装夹。零件装夹后需要100%找正头部中心孔的内孔跳动在φ0.05以内,以保证八槽对内孔的同轴度φ0.05。加工至凸筋尺寸基本到位,稍有余量,后续可以采用钳工锉修的方法达到最终尺寸。零件加工示意图如图16所示。

八槽深度尺寸也不一致,其中ab-ab剖视图中的两个槽深尺寸为相同,其余六槽的深度尺寸相同。但这对电火花加工来说不造成任何威胁。电火花加工采用专用的成型电极,可以实现一次加工直接保证所有尺寸,加工效率大大提高。尺寸的精度主要取决于成型电极的实际尺寸精度和机床自身精度,因此电极自身的尺寸非常重要,专用电极的结构应与八槽结构完全相同。

由最终零件的三维模型可以看出,八槽头部及头部两侧均有倒角,电火花无法对其进行加工,因此在八槽加工完成后,还必须对槽口进行倒角。

倒角可采用铣加工中心进行铣削加工,但加工效率低下,且必须采用四轴联动方可实现,难度较大。考虑到八槽倒角的作用只是为了减重和方便装配,因此可以直接由钳工进行倒角操作,这样加工出的角度虽然美观性较差,但也完全能够满足设计要求。同时将电火花加工后的凸筋钳修至最终尺寸,加工示意图如图17所示。

至此,喷嘴壳体头部内外形已基本加工完毕。

(11)头部内外形加工完后,不再使用头部后端预留的平面凸台,因此可以考虑将其切除。去除时可以采用铣削的方法进行加工,加工设备可以采用铣加工中心。

当然,由于加工余量较大,直接进行铣削时间较长,可以采用先线切割粗去大余量,而后铣加工保证最终尺寸的方法进行加工。加工示意图如图18所示。

(12)下面进行喷嘴壳体加工的又一大难点——主、副油路深孔加工。

以副油路深孔加工为例,长径比达到30以上,采用普通的钻床或加工中心钻孔根本无法实现,且受零件结构的限制,无法进行两头对接加工,只能选用由零件外部进刀一次加工成型。现选用深孔钻床1a1tlf-660.4进行加工。

该深孔钻床专门用来加工各类壳体类、叶片类、长轴类零件的深孔,根据零件深孔的精度要求,其加工长径比最大可达50,加工直径范围可从φ3到φ20不等,可适用于各类金属材料的深孔加工。

受零件材料和机床精度及刀具的影响,加工的深孔由孔口至孔底有一定的偏移量。偏移量是衡量深孔加工的一个重要指标,是在以工件旋转方式钻孔中,实际钻出孔的轴线与工件旋转轴线的最大偏差量。如果是在长轴上加工通孔,可直接测量出进口到出口的偏移量。一般在100mm的长度上,偏移量在0.2左右。

加工中采用专用的刀具枪钻,该刀具为单切削刃,能够实现自动排屑、冷却润滑,具有良好的导向功能,符合深孔加工的特点。枪钻中v型槽主要起到排屑作用,刀具内部贯穿有一长孔,是高速切削油流经的通道,主要起到冷却和冲刷铁屑的作用,切削油在高压作用下经孔底反弹将铁屑从v型槽中冲出。加工过程中选用组合夹具进行装夹,定位方式依然采用两孔一面,加工示意图如图19所示。

主油路深孔的加工与副油路深孔加工内容基本相同。

(13)主、副油路深孔加工完成后,喷嘴壳体杆部内腔还剩余几个台阶孔未加工到位,包括进油接嘴部位跑道型型腔。因此下道工序应为铣进油接嘴部槽、扩铰孔。由于深孔垂直于安装板,因此加工时可以采用组合夹具将零件竖直放置。加工示意图如图20所示。

加工设备依然采用铣加工中心mv-45。实际加工过程中,由于台阶深孔需要用到加长的钻头进行加工,在加工中心上难以实现,因此允许将其在四轴排式普通钻床上对其进行一次加工,该设备共有四个主轴,可以分别装夹不同直径的刀具,因此可以实现零件一次装夹加工多个要素。

(13)副油路进油孔为一斜孔,本实例中,其与安装板的夹角为45°,因此加工过程中采用两孔一面定位装夹后,还必须将整个零件旋转45°,以确保被加工的孔沿竖直方向放置,加工示意图如图21所示。

由于进油孔深度较浅,孔口要锪一平底台阶孔,加工设备既可选用加工中心,也可选用普通的钻床。

至此,喷嘴壳体主要的内、外型腔已基本加工完毕,但仍剩余一些较小的附属加工部位,其中包括主油路喷油孔的加工、主油路出口槽的加工和副油路出口槽的加工。

(13)主喷孔为在喷嘴壳体头部外圆上沿圆周均布的8个斜射式喷孔,且位于八个凸筋中间,本实例中,主喷孔中心线与头部中心线成48°夹角。主喷孔尾端与集油腔内环和喷嘴壳体头部内型面形成的主油路内腔接通,高压燃油经主油路注入主油路内腔,然后由主喷孔喷出。

主喷孔直径较小,且为斜射式小孔,受壳体特殊结构的影响,夹具设计难度较大,钳加工过程中特别容易断钻头,钻头折断于壳体内部时很难取出,只能采用电加工将折断的钻头去除,容易造成零件报废。且在钻孔加工过程受到多个因素的综合作用使得钻头实际加工的位置偏离理论位置,如夹具的制造误差、零件的装夹误差、钻头的精度误差等。因此综合考虑后无法采用机械加工的方法获得,现直接采用电火花加工。电火花加工是利用电能去除多余金属材料的,经过多年的发展,已成为应用非常广泛的一种加工方法,其加工过程中基本不存在宏观应力,且可以对复杂结构部位实现一次成型加工,加工精度也有一定的保证,能够满足航空产品的加工需求。

加工示意图如图22所示。由于电火花加工后孔壁会留有重熔层,这对喷嘴的工作性能具有很大的影响,因此必须要经过精加工去除重熔层,本实例以孔径尺寸φ0.53为例进行说明,实际尺寸要满足流量标准,此时也要留有一定的余量,防止因孔径一次加工过大而造成流量超差,现采用电火花将孔径加工至φ0.4。

电加工完成后,必须采用铰刀进行铰孔,以确保孔径尺寸,同时去除重熔层。实际加工过程中没有φ0.4的铰刀,直接采用φ0.4的钻头进行扩孔。由于φ0.4的钻头直径小、韧性差,钳加工过程完全依靠操作者的技能水平,钻头受力稍微不均匀就会出现打刀现象,因此加工过程中必须慎之又慎。现场加工时由操作者直接手持零件,将电火花加工后的孔通入旋转的φ0.4钻头,通过上下往复移动达到扩孔加工的目的,对操作者手工把持零件的稳定性要求很高。

采用φ0.4的钻头扩孔完成后,依次再采用φ0.45、φ0.48、φ0.5的钻头,重复以上操作步骤,慢慢逼近孔的最终尺寸,最后通过研磨棒进行微量研磨提高孔壁光度,保证喷嘴的流量合格。加工过程中如果钻头折断于壳体内部,必须采用电火花将堵塞的小孔打通。因此采用该方法加工主喷孔的过程非常麻烦,加工难度很大,但截止目前尚没有更好的加工方法能够对其进行取代。

(15)主油路出口槽位于主油路出口,头部内孔孔壁的凹陷部位,位置比较隐蔽,周围结构复杂,采用一般的加工方法均会出现干涉现象。设计图允许采用电加工,并允许有重熔层。因此采用电火花加工该主油路出口槽,主油路出口槽的所有尺寸均由成型电极保证,主油路出口槽的尺寸完全取决于电极的精度。

电火花加工具有加工效率高,加工过程稳定,合格率高的优点,缺点是在加工表面会留有0.03-0.05的重熔层,完全适用于该主油路出口槽的加工。加工示意图如图23所示。

同样,副油路出口槽的加工也采用电火花加工,定位装夹方式与加工主油路出口槽相同。

至此,利用棒料加工复杂型面喷嘴壳体的主要加工工艺已经全部介绍完毕。

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