航空发动机机匣加工变形分析与控制

航空发动机机匣加工变形分析与控制
摘要：发动机会产生强大的推力使飞机快速地前进，是飞机动力的核心。

而
机匣是发动机重要的一个组成部分，主要是用来承受发动机工作中产生的负载以
及质量惯性力，设计和加工好航空发动机机匣对于航空发动机质量的提高有十分
重要的意义。

为了实现发动机功能，在航空发动机机匣的设计中大都采用的整体、薄壁的回转结构。

是在机匣的机械加工中出现的变形问题会对航空发动机机匣加
工的质量产生直接的影响。

本文主要是对航空发动机机匣的加工变形原因进行分析，且总结航空发动机机匣的加工变形问题控制措施，从而使航空发动机质量提高。

关键词：航空；发动机机匣；加工变形
一、变形出现的原因
对于航空发动机机匣来说，是由结构不同、功用不同的一些机匣组
合件焊接而成的，加工制造航空发动机机匣的过程中，机械加工变形以及焊接变
形是航空发动机机匣质量主要的两个影响因素[2]。

因为功用要求，使航空发动机
机匣的设计是薄壁型结构，特别是人们对于大功率航空发动机的需求不断增多，
进而使大直径的航空发动机机匣成为主要的制造类型。

在航空发动机机匣的设计
中大都采用的整体、薄壁的回转结构。

加工航空发动机机匣的材料主要是高温合金、钛合金等，上述合金的硬度高，增加了加工的难度，尤其是在机匣的机械加
工中出现的变形问题会对航空发动机机匣加工的质量产生直接的影响。

（一）装夹力
航空发动机机匣是典型的一种薄壁结构件，因为航空发动机机匣的
壁比较薄，部分航空发动机机匣最薄处只是几毫米甚至不足1毫米，导致航空发
动机机匣刚性不强，继而导致航空发动机机匣在加工中易受到切削力、装夹力、
残余应力（机械加工所产生的）的影响而发生变形。

在航空发动机机匣的加工中，要装夹固定零部件，当装夹力不平衡时，会对刚性较弱的航空发动机机匣施加不
必要的附加力，进而致使在航空发动机机匣加工后出现变形。

由于装夹力致使的航空发动机机匣变形大都在航空发动机机匣的薄壁处以及端面等部位发生。

（二）切削力
由于切削力导致航空发动机机匣加工变形的原因是刀具产生切削力对航发动机机匣产生作用，而出现让刀变形。

切削力作用致使的航空发动机机匣加工变形大都在航空发动机机匣薄壁处发生，可导致航空发动机机匣在等检测数据上发生超差，比如圆跳动量、圆柱度、位置度等等。

（三）残余应力
对于残余应力来说，是导致航空发动机机匣加工出现变形重要的一个原因，机械加工航空发动机过程中，切削会产生应力，会不断地在航空发动机机匣内积聚，进而对航空发动机机匣逐渐产生影响，使航空发动机机匣出现变形
[3]。

二、变形的控制措施
在航空发动机机匣的加工制造过程中，主要是进行机械加工，为减少加工变形，提高航空发动机机匣加工质量，应针对变形产生原因采取合理的控制措施。

因为航空发动机机匣加工变形是一些因素的共同作用产生的结果，所以需经多种方式优化加工工艺和装夹。

比如某型号航空发动机风扇机匣的外环是选择TC4型材料加工的，结构设计是整体回转结构，直径约为1000mm，但环壁的最薄处只是2mm，基于该结构特点，致使其在机械加工中易受多种作用力影响，致使在机械加工航空发动机风扇机匣过程中出现变形，降低加工质量。

经测量分析发现，主要是在精加工工序后航空发动机风扇机匣发生了应力释放，导致了加工变形，分析原因是航空发动机风扇机匣在精加工完成后失去了拘束而恢复自由状态后，测量径向圆跳动数据出现超差，导致直径尺寸超差。

（一）装夹方式优化
基于航空发动机风扇机匣结构的特点，通常是以航空发动机风扇机匣两端面当做加工的基准，航空发动机风扇机匣装夹主要是径向压紧以及轴向压紧，在航空发动机风扇机匣上端面精加工时，下端面作为基准，因为有平面度误差存在，导致轴向压紧航空发动机风扇机匣时会由于受力不均而出现变形。

模拟分析航空发动机风扇机匣装夹过程中的变形，发现因为装夹不当会致使航空发动机风扇机匣出现的变形量约为0.05mm，在以上端面当做基准的航空发动机风扇机匣的后续加工中产生明显的影响，所产生的误差会叠加。

所以，在以航空发动机风扇机匣的端面当做基准进行加工时，应尽量选择径向压紧的方式进行装夹。

在航空发动机风扇机匣其他部分的机械加工中，应尽量选择轴向压紧的方式进行装夹，而减少由于装夹导致的薄壁变形，使航空发动机风扇机匣加工的精度提高。

（二）优化加工参数
对航空发动机风扇机匣的加工参数进行优化也是航空发动机风扇机匣加工质量重要的一种提高措施。

机械加工航空发动机风扇机匣的过程中，主要是以车削加工方式进行加工。

因为粗加工以及半精加工等阶段的加工余量都比较大，所以加工切削力对航空发动机风扇机匣产生的影响比较小，经合理的热处理工艺进行处理，使粗加工和半精加工中的切削应力消除。

在精加工阶段，需对精加工阶段机械做模拟，对航空发动机风扇机匣精加工中切削深度以及进给，且提高车削转速，经低进给以及高转速的方式来对车削加工的车削力进行控制，而降低车削力对于机械加工航空发动机风扇机匣过程中产生的影响。

同时，在车削中要做好冷却工作，从而减少切削热对机械加工航空发动机风扇机匣过程产生的影响。

（三）路径补偿
编制车削工艺中，要注意选择合理的加工路径，同时结合材料特点对刀具、进给量、车削速度等加工参数进行U型安泽，为了对残余应力释放导致的加工变形进行控制，需在机械加工航空发动机风扇机匣过程中尽可能去掉存在残余应力的部分材料。

对于残余应力来说，大都在距离加工面0.3mm以内的部分存在，距离加工表面0.3mm以上位置基本上没有切削应力，所以在航空发动机风扇机匣进行精加工时，应使切削深度尽量超过0.3mm，同时在最后一刀中设定较
小进给速度，进而保证航空发动机风扇机匣的精加工后机匣表面的残余应力大小
以及分布均匀。

三、小结
对于航空发动机机匣的机械加工来说，是一项系统的、复杂的工作，要想使航空发动机机匣加工的质量得到提高，就需要控制好航空发动机机匣的加
工变形。

因为航空发动机机匣是一种薄壁型结构，加工中易受到外界因素的影响，所以在机械加工中应结合变形原因实施针对性的控制措施，进而对机械加工变形
量进行控制，最终提高机械加工质量。

参考文献：
[1] 吴泽刚，刘良宝，孙剑飞，等. 航空发动机TC4机匣加工变形控制研究[J]. 航空制造技术，2017,33(21):62-67,72.
[2] 张志革，王敏丰. 航空发动机机匣机械加工过程中变形因素分析及变
形控制[J]. 中国设备工程，2020,19(15):214-215.
[3] 张志革，王敏丰. 航空发动机机匣加工端面花边结构变形控制装置的开
发与设计[J]. 中国设备工程，2020,32(16):119-120.。