航空发动机液压作动筒筒体工艺解析

航空发动机液压作动筒筒体工艺解析

作者：黄晨华刘晓哲郑楠

来源：《中国新技术新产品》2016年第18期

摘要：本文主要对液压作动筒筒体的加工工艺进行解析，简要介绍了液压作动筒筒体的特点，从结构及精度上进行筒体加工工艺的解析，明确筒体的工艺特点，围绕车削工序、磨削工序、铣削工序、热处理工序进行工艺优化改进，确定了筒体优化改进后的工艺路线，并重点介绍了筒体主要工作表面——活塞腔内孔和导杆孔的加工过程及控制要点。

关键词：液压作动筒筒体；工艺；活塞腔内孔；导杆孔

中图分类号：TH137 文献标识码：A

作动筒是航空发动机上的调节附件，主要功能是通过筒体内活塞杆的往复运动，推动加力燃烧室的调节环移动，改变喷口截面面积；移动压气机可调叶片的主动调节环，转动可调叶片；操纵放气机构打开放气带等。作为作动筒组件上的主要零件——筒体，其加工质量关系到整个组件的性能。

液压作动筒筒体主要工作表面是内孔，大端为活塞腔内孔，小端为导杆孔，小端外部有两个接嘴。液压作动筒筒体属于薄壁件，最薄处壁厚约2mm，材料为1Cr11Ni2W2MoV，毛坯为模锻件。

1.筒体的工艺分析

1.1 从结构上分析

如图1所示，不锈钢材料的液压作动筒筒体切削性能较好，结构主体属于回转体，但其小端外部分布着两个接嘴，给加工筒体大端时的装夹带来一定难度。

而筒体属于薄壁件，活塞腔内孔处最小壁厚仅为2mm，控制加工变形也成为液压作动筒筒体的一个工艺难点。

1.2 从精度上分析

如图1所示，活塞腔内孔尺寸公差5级，表面粗糙度Ra0.10μm，圆度公差0.02mm，表面镀铬；导杆孔尺寸公差7级，表面粗糙度Ra0.40μm，活塞导杆在液压作动筒筒体的导杆孔内运动，为保证活塞杆在导杆孔中运动灵活无卡滞，并且保证装配后的密封性能，需要控制导杆孔加工精度，要求活塞腔内孔与导杆孔之间跳动不大于0.03mm；大端外圆是宽度约为2mm的筋条；小端端头带有内螺纹，外部有接嘴，接嘴内锥面相对接嘴螺纹中径有跳动量要求。

从上述尺寸和形位精度要求上可以看出，筒体活塞腔内孔是最重要的表面，导杆孔对活塞腔内孔有位置公差要求，因此导杆孔的精加工均以活塞腔内孔为基准。

活塞腔内孔由于尺寸精度和形状精度要求都比较高，且要求表面镀铬，加工时一般分为粗加工、半精加工、精加工，镀铬后安排光整加工，从而保证内孔精度和技术要求。

2.筒体工艺路线的确定

根据筒体的结构和精度特点，按照传统的加工思路，筒体各表面需经过多道车、铣、磨、钻等工序，工序分散，周转次数多，加工周期长。为提高筒体加工质量和加工效率，缩短加工周期，对筒体工艺路线进行优化。

2.1 磨削工序的优化

使用高精度的车削中心来取代普通磨削机床，精简了磨削工序，由传统工艺中的8道磨削工序和3道抛光工序精简为3道磨削工序和1道抛光工序。

2.2 车削、铣削工序的优化

利用车削中心的复合功能，将车小端内外表面、铣槽等表面的精加工由5道工序精简为两道工序，实现了多工序、复杂型面的一次加工，不仅大大减少了零件因为周转和等待机床以及多次装夹找正延误交付周期的问题，而且多型面一次加工极大地保证了零件的质量，减低了出现超差品的可能性，同时提高了先进设备的利用率。

2.3 热处理工序的优化

筒体属于薄壁件，加工中极易变形。为消除加工应力造成的零件变形，在粗加工后增加热处理工序消除加工应力是一种有效的方法。通过对比试验，选择将筒体垂直放置的方式进行热处理，消除筒体去除大部分余量的粗加工带来的加工应力，减少后续加工中应力释放带来的变形。

2.4 优化后的主要工艺路线

经过改进优化，确定液压作动筒筒体的主要工艺路线如下：

模锻件毛坯→粗车内外表面→粗铣外形→热处理→半精车内外表面→磨外圆→车接嘴部位→精铣外形→精加工内外表面→磨两端孔→磁力探伤→镀铬→精磨内孔→抛光内孔→最终检验。

3.筒体主要表面加工工艺解析

3.1 筒体活塞腔内孔的工艺解析

液压作动筒筒体的活塞腔内孔具有高精度、低粗糙度及薄壁等特点，且属于半盲孔，因此加工难度较大，其加工过程主要分为粗加工、半精加工、镀铬前精加工及镀铬后的光整加工，如图2所示。

3.1.1 粗加工

以小端外圆及端面B为基准，在普通车床上先用钻头加工出底孔，然后镗孔，外圆A也在同一工序加工，保证活塞腔内孔C和大端端面对外圆A的位置要求。

3.1.2 半精加工

以外圆A及端面B为基准，在车削加工中心上进行镗孔加工，保证活塞腔内孔C相对外圆D的跳动量要求，以及大端端面对活塞腔内孔C的垂直度要求，为精加工做准备。

3.1.3 镀铬前精加工

镀铬前活塞腔内孔的精加工采用磨削内孔的方法，以外圆A及小端端面B为基准，加工前找正外圆A跳动量不大于0.01mm，加工后保证孔K相对基准外圆A的跳动及端面C对内孔K的跳动要求。

3.1.4 镀铬后光整加工

镀铬后活塞腔内孔需要进行光整加工才能达到设计图样的要求，通常采用精磨镀铬后内孔然后抛光的方法，如图2所示，精磨及抛光内孔C，均为外圆A为基准，加工前找正外圆D 的跳动在0.01mm以内，从而使活塞腔内孔C的尺寸及表面粗糙度达到设计图样的要求。

3.2 筒体导杆孔的工艺解析

筒体导杆孔的加工分为粗加工、半精加工和精加工，如图3所示，粗加工时以大端外圆及端面B为基准，在普通车床上钻镗加工出导杆孔的底孔C，并要求控制孔C相对大端外圆的跳动，为后续加工提供保障。

导杆孔半精加工时，以大端外圆及端面B为基准，在车削加工中心上加工导杆孔一端，导杆孔及同侧的槽、螺纹、卡槽等型面同时加工，保证各表面之间相互位置精度。

导杆孔的精加工采用磨削内孔的方法，以镀铬前精加工过的活塞腔内孔A及端面B为基准，磨削导杆孔，保证导杆孔C对活塞腔内孔A的跳动不大于0.03mm，完成导杆孔的最终加工。