阅读说明：本技术 机匣内断裂过盈螺桩的取出方法 (Method for taking out broken interference stud in casing ) 是由 周立峰 丁志纯 乔耀峰 于 2019-02-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种机匣内断裂过盈螺桩的取出方法,其包括以下步骤：S<Sub>1</Sub>、选用含钴高速钢钻头钻削加工机匣内断裂的过盈螺桩；S<Sub>2</Sub>、根据过盈螺桩上过盈螺纹小径尺寸以及分析出的工艺系统主要误差,计算出所需钻头的直径；S<Sub>3</Sub>、使用硬质合金铣刀将断裂螺桩上表面铣平；S<Sub>4</Sub>、使用中心钻打点；S<Sub>5</Sub>、采用高速钢钻头钻孔；S<Sub>6</Sub>、清理机匣螺纹孔内残留的过盈螺桩。本发明解决了钻削或铣削机匣内断裂高温合金过盈螺桩刀具易折断的难题,实现了高效、低成本取出机匣内各型断裂高温合金过盈螺桩。其可靠性高,具备推广价值。(The invention provides a method for taking out a broken interference stud in a casing, which comprises the following steps: s 1 Selecting a cobalt-containing high-speed steel drill bit to drill and machine a broken interference stud in the casing; s 2 Calculating the diameter of the required drill bit according to the small diameter size of the interference thread on the interference stud and the analyzed main error of the process system; s 3 Milling the upper surface of the broken stud by using a hard alloy milling cutter; s 4 Drilling a point by using a center drill; s 5 Drilling by adopting a high-speed steel drill bit; s 6 And cleaning the residual interference stud in the threaded hole of the casing. The invention solves the problem that a cutter for drilling or milling the fractured high-temperature alloy interference stud in the casing is easy to break, and realizes the high-efficiency and low-cost extraction of various fractured high-temperature alloy interference studs in the casing. The reliability is high, and the popularization value is high.)

机匣内断裂过盈螺桩的取出方法

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别涉及一种机匣内断裂过盈螺桩的取出方法。

背景技术

在航空发动机的领域，航空发动机的结构复杂、零件繁多，常会因扳手空间不足、连接可靠性不符合等原因不能使用普通螺桩、螺母的连接方式。其中，过盈螺桩作为一种航空发动机常用紧固件，广泛应用于前、后承力机匣组件、级间机匣组件、中介机匣组件等的连接。航空用过盈螺桩材料均为高温合金等难加工高强材料。

航空发动机过盈螺纹连接对安装力矩有严格的要求，以CG过盈螺纹为例，CG6过盈螺纹安装力矩一般为(8～15)N·m，CG8过盈螺纹安装力矩一般为(17.8～33.8)N·m。在安装过程中，如安装方法不当，螺桩有断裂的风险。

同时发动机在试验测试后常需要更换过盈螺桩。由于高温、高压、大载荷的影响，更换过程中会出现螺纹卡死，无法正常拆卸的情况。尤其当试车中的循环载荷导致其在应力集中处产生疲劳裂纹时，拆卸过程中过盈螺桩会直接断裂。

断裂、卡死的过盈螺桩无法采用简单常用的断裂螺桩取出方法取出，如钳修剔除、焊接螺母拧出等。通常，一般情况下可以采用电火花或机械加工的方式取出断裂过盈螺桩。

然而，电火花加工存在加工效率较低的问题，同时在加工过程中需要浇注电解液，航空发动机广泛采用钛合金零件及机匣上涂层易受到污染，进一步地限制了电火花加工的应用。机械加工的方式对整个工艺系统都有较高的要求，涉及到装夹找正方法、刃具选择、加工参数调整、设备选择等，加工过程中易发生刀具折断，甚至打伤零件，尚无成熟的工艺方法。

断裂的过盈螺桩不同于普通非过盈螺桩，其中径与机匣上螺纹孔中径为过盈配合，分解难度极大。原因如下：

一、旋出需要的扭矩大，可达33.8N·m以上，断裂后无法旋出；

二、GH4169为高强材料，机械加工性能差，加工效率低；

三、加工过程中不能损伤内机匣上螺纹孔的螺纹；

四、随着过盈螺桩的破坏，过盈配合的长度不断减小，力矩不断变化，需选择合理的工艺参数控制切削力引起的振动；

五、机匣对力学性能要求较高，同时可能存在特殊涂层，一般不宜使用焊接或电加工的加工方法。

有鉴于此，本领域技术人员亟待于研究开发一种新的机匣内断裂过盈螺桩的取出方法，以期解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中常用方法无法安全取出断裂过盈螺桩的缺陷，提供一种机匣内断裂过盈螺桩的取出方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种机匣内断裂过盈螺桩的取出方法，其特点在于，所述机匣内断裂过盈螺桩的取出方法包括以下步骤：

S₁、选用含钴高速钢钻头钻削加工机匣内断裂的过盈螺桩；

S₂、根据过盈螺桩上过盈螺纹小径尺寸以及分析出的工艺系统主要误差，计算出所需钻头的直径；

S₃、使用硬质合金铣刀将断裂螺桩上表面铣平；

S₄、使用中心钻打点；

S₅、采用高速钢钻头钻孔；

S₆、清理机匣螺纹孔内残留的过盈螺桩。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₂采用的计算公式为：钻头直径＝过盈螺桩小径尺寸-找正误差-旋转刀柄误差-理论余量尺寸。

根据本发明的一个实施例，所述找正误差的计算方法包括：

S₂₁、在机床上找正机匣基准后，以断裂过盈螺桩的位置定义为角向零点，计算得其余过盈螺桩的理论位置；

S₂₂、任意选取机匣上n个过盈螺桩(n+1≤过盈螺桩总数)，在机床上测量过盈螺桩的实际位置，测得位置与理论值距离为Xk，找正误差等于考虑加工效率，k一般可取2～3。

根据本发明的一个实施例，所述理论余量尺寸的取值为(0.05～0.15)mm。

根据本发明的一个实施例，所述旋转刀柄误差在设备上用千分表测量获得，所述旋转刀柄误差≥0.05mm时应更换刀柄。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₂₁还包括以下步骤：

S₂₁₁、使用千分表找正机匣径向工艺基准及端面工艺基准，采用对点找正，选取至少4点，对点差值不大于0.005mm；

S₂₁₂、在机床上使用千分表找出断裂过盈螺桩中心线位置坐标，并进行记录。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₂₂还包括以下步骤：

S₂₂₁、任意选取3个未断裂过盈螺桩，使用千分表找出其中心线位置坐标，并进行记录；

S₂₂₂、按设计图纸中各过盈螺桩的理论位置关系，计算出选取过盈螺桩的理论位置，与机床上测量的实际位置比较并计算距离，得到X1、X2、X3，得出找正误差＝(X1+X2+X3)/3。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₃中硬质合金铣刀的直径为8mm，转速(350～400)r/min，进给量20mm/min。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₄中所述中心钻的直径为3mm，打点深度为3mm，转速(750～850)r/min，进给量10mm/min。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₅中所述高速钢钻头的转速(80～100)r/min，进给量10mm/min，采用啄钻的加工方式，每次加工量为(0.15～0.2)mm，每次退刀应高出螺桩上表面2mm，退刀速度为(150～180)mm/min。

本发明的积极进步效果在于：

本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法解决了钻削或铣削机匣内断裂高温合金过盈螺桩刀具易折断的难题，实现了高效、低成本取出机匣内各型断裂高温合金过盈螺桩。其可靠性高，具备推广价值。所使用的工艺装备资源广泛，不需要使用专用工艺装备，成本较低。与电火花方法相比，所需的加工时间可降低50％以上，有效降低了航空发动机的返工、返修时间成本。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法中径向找正基准的示意图。

图2为本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法中角向找正位置和端面找正基准的示意图。

【附图标记】

机匣 10

过盈螺桩 20

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1为本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法中径向找正基准的示意图。图2为本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法中角向找正位置和端面找正基准的示意图。

如图1和图2所示，本发明公开了一种机匣内断裂过盈螺桩的取出方法，其包括以下步骤：

步骤S₁、选用含钴高速钢钻头钻削加工机匣内断裂的过盈螺桩20。例如采用GH4169过盈螺桩，钻头顶角经过重新刃磨，顶角的角度优选为100°。

比如，如钻削深度为H(mm)，选取钻头直径为d(mm)，则刃磨后钻头刃长取L＝(H+1/2tan40°d+10)mm。

步骤S₂、根据过盈螺桩20上过盈螺纹小径尺寸以及分析出的工艺系统主要误差，计算出所需钻头的直径。

其中，所述步骤S₂采用的计算公式为：钻头直径＝过盈螺桩小径尺寸-找正误差-旋转刀柄误差-理论余量尺寸。其中过盈螺桩小径尺寸查过盈螺桩标准可知。

特别地，此处所述理论余量尺寸的取值一般为(0.05～0.15)mm，通常可以由经验数据获得。此项也较为关键，过大清理过盈螺桩困难，严重影响取出效率。过小则会损伤机匣内螺纹。

所述旋转刀柄误差在设备上用千分表测量获得，所述旋转刀柄误差≥0.05mm时应更换刀柄。切削参数为转速S优选为(80～120)r/min、进给F优选为(8～10)mm/min、啄钻每次加工深度a优选为(0.15～0.2)mm，每次钻削后返回参考平面。

优选地，所述找正误差的计算方法包括：

步骤S₂₁、在机床上找正机匣10基准后，以断裂过盈螺桩20的位置定义为角向零点，计算得其余过盈螺桩理论位置；

步骤S₂₂、任意选取机匣10上n个过盈螺桩(n+1≤过盈螺桩总数)，在机床上测量过盈螺桩的实际位置，测得位置与理论值距离为Xk，找正误差等于考虑加工效率，k一般可取2-3。

进一步地，所述步骤S₂₁还包括以下步骤：

步骤S₂₁₁、使用千分表找正机匣10径向工艺基准及端面工艺基准，采用对点找正，选取至少4点，对点差值不大于0.005mm；

步骤S₂₁₂、在机床上使用千分表找出断裂过盈螺桩20中心线位置坐标，并进行记录。

更进一步地，所述步骤S₂₂还包括以下步骤：

步骤S₂₂₁、任意选取3个未断裂过盈螺桩，使用千分表找出其中心线位置坐标，并进行记录；

步骤S₂₂₂、按设计图纸中各过盈螺桩的理论位置关系，计算出选取过盈螺桩的理论位置，与机床上测量的实际位置比较并计算距离，得到X1、X2、X3，得出找正误差＝(X1+X2+X3)/3。

步骤S₃、使用硬质合金铣刀将断裂螺桩上表面铣平。优选地，其中所述硬质合金铣刀的直径为8mm，转速(350～400)r/min，进给量20mm/min。

步骤S₄、使用中心钻打点。优选地，所述中心钻的直径为3mm，打点深度为3mm，转速(750～850)r/min，进给量10mm/min。

步骤S₅、采用高速钢钻头钻孔。所述高速钢钻头转速(80～100)r/min，进给量10mm/min，采用啄钻的加工方式，每次加工量为(0.15～0.2)mm，每次退刀应高出螺桩上表面2mm，退刀速度为(150～180)mm/min。其中，所述高速刚钻头的直径通过计算获得。

步骤S₆、清理机匣10螺纹孔内残留的过盈螺桩。

根据上述描述，下面提供两个更为具体的实施例，作为进一步的说明，当然下述两个实施例仅为举例，并不对本发明的保护范围进行限制。

实施例一：

采用钻削CG8×1.25高温合金(GH4169)的过盈螺桩，断裂后螺桩在机匣内部长度约10mm，机匣外部约6mm，加工步骤如下：

步骤一：使用千分表找正机匣径向工艺基准及端面工艺基准，允许对点找正，不少于4点，对点差值不大于0.005mm；

步骤二：在机床上使用千分表找出断裂过盈螺桩中心线位置坐标，并记录；

步骤三：任意选取3个未断裂过盈螺桩，使用千分表找出其中心线位置坐标，并记录；

步骤四：按设计图纸中各过盈螺桩理论位置关系计算出选取过盈螺桩的理论位置，与机床上测量的实际位置比较并计算距离，得到X1、X2、X3，得出找正误差为(X1+X2+X3)/3，本案例中计算值为0.08mm；

步骤五：使用千分表在机床上测量刀具绕主轴转动的跳动值记录为旋转刀具误差，其跳动值应小于0.05mm，实测为0.02mm；

步骤六：根据公式：钻头直径＝过盈螺桩螺纹小径尺寸-找正误差-旋转刀柄误差-理论余量尺寸，钻头直径＝6.64-0.08-0.02-理论余量尺寸＝(6.54-理论余量尺寸)mm。考虑圆整，取理论余量尺寸为0.14mm，钻头直径＝6.4mm。

步骤七：使用Φ8硬质合金铣刀将断裂螺桩上表面铣平，转速(350～400)r/min，进给量20mm/min；

步骤八：使用Φ3中心钻打点，打点深度为3mm，转速(750～850)r/min，进给量10mm/min；

步骤九：使用Φ6.4mm高速钢钻头钻孔，转速(80～100)r/min，进给量10mm/min，采用啄钻的加工方式，每次加工量为(0.15～0.2)mm，每次退刀应高出螺桩上表面2mm，退刀速度为(150～180)mm/min。

步骤十：清理机匣螺纹孔内残留的过盈螺桩。

实施例二：

采用钻削CG6×1.25高温合金(GH4169)的过盈螺桩，断裂后螺桩在机匣内部长度约6mm，机匣外部约3mm，加工步骤如下：

步骤一：使用千分表找正机匣径向工艺基准及端面工艺基准，允许对点找正，不少于4点，对点差值不大于0.005mm；

步骤二：在机床上使用千分表找出断裂过盈螺桩中心线位置坐标，并记录；

步骤三：任意选取3个未断裂过盈螺桩，使用千分表找出其中心线位置坐标，并记录；

步骤四：按设计图纸中各过盈螺桩理论位置关系计算出选取过盈螺桩的理论位置，与机床上测量的实际位置比较并计算距离，得到X1、X2、X3，得出找正误差位等于(X1+X2+X3)/3，本案例中计算值为0.07mm；

步骤五：使用千分表在机床上测量刀具绕主轴转动的跳动值记录为旋转刀具误差，其跳动值应小于0.05mm，实测为0.02mm；

步骤六：根据公式：钻头直径＝过盈螺桩小径尺寸-找正误差-旋转刀柄误差-理论余量尺寸，钻头直径＝4.917-0.07-0.02-理论余量尺寸＝(4.827-理论余量尺寸)mm。考虑圆整，取理论余量尺寸为0.127mm，钻头直径＝4.7mm。

步骤七：使用Φ8硬质合金铣刀将断裂螺桩上表面铣平，转速(350～400)r/min，进给量20mm/min；

步骤八：使用Φ3中心转打点，打点深度为3mm，转速(750～850)r/min，进给量10mm/min；

步骤九：使用Φ4.7mm高速钢钻头钻孔，转速(80～120)r/min，进给量8mm/min，采用啄钻的加工方式，每次加工量为(0.10～0.15)mm，每次退刀应高出螺桩上表面2mm，退刀速度为(150～180)mm/min。

步骤十：清理机匣螺纹孔内残留的过盈螺桩。

根据上述描述，本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法的稳定性好，可靠性高，解决了航空发动机机匣内断裂GH4169过盈螺桩难于取出的问题。断裂过盈螺桩的装夹力矩是由过盈螺纹相互挤压产生的静摩擦力，在钻削过程中挤压不断释放会导致过盈螺纹间静摩擦力减小，从而导致装夹力矩减小。

因此在钻削过程中易发生振动，甚至产生相对位移，其引发的切削力急剧变化易导致刀具瞬间断裂，当采用难加工材料广泛采用的粗精结合的加工方式会进一步加剧此种现象。而本方案采用钻削一次加工完成的工艺方法，最大程度的减少刀具可能受到的振动冲击。

此外，本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法还利用了难加工高温合金材料韧性高、加工变质层硬度高的特点，选择计算合适的微小加工余量，保证不损伤机匣上内螺纹。分析零件工艺系统运行状态，选用通常加工能力弱的高速钢刃具，合理优化工艺参数，在此工艺系统中达到超过硬质合金刃具的加工效果，降低加工成本的同时提升了工艺质量。其通过工艺系统分析及实例验证，给出了适用于此工艺系统钻头直径的计算方法。

综上所述，本发明机匣内断裂过盈螺桩的取出方法解决了钻削或铣削机匣内断裂高温合金过盈螺桩刀具易折断的难题，实现了高效、低成本取出机匣内断裂高温合金过盈螺桩。其可靠性高，可广泛用于航空发动机使用的各种直径断裂过盈螺桩的取出。所使用的工艺装备资源广泛，不需要使用专用工艺装备，成本较低。与电火花方法相比，所需的加工时间可降低50％以上，有效降低了航空发动机的返工、返修时间成本。

所述机匣内断裂过盈螺桩的取出方法达到了低成本、高效率取出过盈螺栓的目的，同时不会对航空发动机机匣上其他零部件造成污染。针对断裂过盈螺桩的材料、装配结构特点、受力状态等进行分析，选择合适的工艺装备、工艺参数，达到稳定的加工状态。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。