某新機(jī)四級(jí)渦輪盤(pán)變形控制技術(shù)研究

邊景全　萬(wàn)秀屏　宋　奪

（中國(guó)航發(fā)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

某新機(jī)四級(jí)渦輪盤(pán)變形控制技術(shù)研究

邊景全萬(wàn)秀屏宋奪

（中國(guó)航發(fā)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

某新機(jī)是新一代高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，低壓四級(jí)渦輪盤(pán)是發(fā)動(dòng)機(jī)中渦輪轉(zhuǎn)子中的核心轉(zhuǎn)動(dòng)部件，因受零件結(jié)構(gòu)限制，其加工時(shí)易產(chǎn)生變形，零件合格率低。通過(guò)優(yōu)化渦輪盤(pán)加工工藝路線、加工余量及切削路徑，控制切削參數(shù)，提高零件加工質(zhì)量，提高零件合格率。

渦輪盤(pán)；變形控制；工藝方案；修復(fù)加工

0.引言

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、可靠性及推重比要求的不斷提高，其結(jié)構(gòu)上廣泛采用薄壁結(jié)構(gòu)，以減輕自重，所以盤(pán)類(lèi)結(jié)構(gòu)零件的腹板厚度越來(lái)越薄，零件的加工變形問(wèn)題凸顯。本文從影響薄壁渦輪盤(pán)加工變形的因素出發(fā)，制定了減小薄壁渦輪盤(pán)加工變形的工藝方案，通過(guò)調(diào)整、優(yōu)化渦輪盤(pán)加工工藝方案、加工余量及切削路徑，控制切削參數(shù)，降低機(jī)械加工應(yīng)力，減小零件機(jī)加后變形，研究精車(chē)加工后的修復(fù)加工工序，提高零件加工精度和尺寸合格率。

1.零件工藝分析

某發(fā)動(dòng)機(jī)低壓四級(jí)渦輪盤(pán)是大直徑帶有雙翼安裝邊復(fù)雜結(jié)構(gòu)的環(huán)形薄壁盤(pán)件，具有尺寸精度高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、薄壁剛性差、材料難加工等特點(diǎn)，是全新結(jié)構(gòu)的渦輪盤(pán)。其主要結(jié)構(gòu)：帶有140個(gè)燕尾形榫槽，盤(pán)心孔等直徑配合表面，兩側(cè)安裝邊與輪盤(pán)兩側(cè)腹板形成了大深度半封閉型腔，型腔徑向深度達(dá)40mm，安裝邊內(nèi)表面與輪轂端面軸向開(kāi)口寬度只有20mm，敞開(kāi)性極差，加工中進(jìn)退刀困難，需要多把刀具轉(zhuǎn)接才能完成加工，加工質(zhì)量不易保證。輪盤(pán)兩側(cè)雙翼安裝邊厚度2.6mm，兩端面平行度0.05，由于雙翼懸臂較長(zhǎng)，錐壁厚僅為2.4mm，加工中極易產(chǎn)生變形，使得雙翼安裝邊內(nèi)外型面加工難度增大。輪盤(pán)腹板為不等厚結(jié)構(gòu)，靠多處坐標(biāo)值控制腹板厚度，腹板最薄處壁厚僅為2.5mm。各型面轉(zhuǎn)接處為多圓弧與錐面轉(zhuǎn)接，要求轉(zhuǎn)接圓滑，且有輪廓度要求，如圖1所示。

2.變形控制加工工藝路線設(shè)計(jì)

渦輪盤(pán)毛坯采用模鍛件，材料為GH4169，熱處理狀態(tài)為時(shí)效。通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)、難加工材料分析，根據(jù)以往加工經(jīng)驗(yàn)制定雙翼安裝邊結(jié)構(gòu)渦輪盤(pán)主要加工工藝流程如下：

毛料圖表→車(chē)超聲波檢查面→超聲波檢查→粗車(chē)→細(xì)車(chē)基準(zhǔn)→細(xì)車(chē)→清洗→腐蝕檢查→消除應(yīng)力熱處理→修復(fù)端面→精車(chē)→電解標(biāo)印→鏜定位孔→拉榫槽→銑花邊→鏜孔→孔邊去毛刺→清洗→中間檢驗(yàn)→消除應(yīng)力熱處理→熒光檢查→清洗→噴丸→噴丸后磨加工修復(fù)端面……→包裝入庫(kù)。

通過(guò)收集摸索影響零件變形主要因素的數(shù)據(jù)分析對(duì)比，優(yōu)化調(diào)整了工藝路線，主要增加了粗車(chē)后消除應(yīng)力熱處理、精車(chē)后修復(fù)第一面、中間檢驗(yàn)前磨加工修復(fù)工序。增加粗車(chē)型腔去余量和粗車(chē)后消除應(yīng)力熱處理工序，半精車(chē)由普車(chē)改進(jìn)為數(shù)控加工，精車(chē)加工后增加一道修復(fù)工序，重新調(diào)整了加工余量、加工順序和易變形的軸向尺寸等工藝改進(jìn)措施，提高定位面平面度；采用噴丸前的基準(zhǔn)端面修復(fù)加工的工藝，為了避免因修復(fù)余量不足，在噴丸后修復(fù)工序無(wú)法修復(fù)軸向尺寸，在前邊的精車(chē)工序多留余量，又受?chē)娡韬笾辉试S去除0.1mm余量的限制，所以在噴丸前安排一道磨加工修復(fù)工序。通過(guò)實(shí)際加工驗(yàn)證，以上工藝措施在減小渦輪盤(pán)加工變形提高質(zhì)量方面，具有較顯著效果。優(yōu)化調(diào)整后的工藝路線如下：

毛料圖表→車(chē)超聲波檢查面→超聲波檢查→粗車(chē)→粗車(chē)后消除應(yīng)力熱處理→細(xì)車(chē)基準(zhǔn)→細(xì)車(chē)→清洗→腐蝕檢查→消除應(yīng)力熱處理→修復(fù)端面→精車(chē)→精車(chē)后修復(fù)第一面→電解標(biāo)印→鏜定位孔→拉榫槽→銑花邊→鏜孔→孔邊去毛刺→中間檢驗(yàn)前磨加工修復(fù)→清洗→中間檢驗(yàn)→熱處理前車(chē)加工修復(fù)→消除應(yīng)力熱處理→熒光檢查→清洗→噴丸→噴丸后磨加工修復(fù)端面……→包裝入庫(kù)。

3.車(chē)削加工

3.1精加工主要加工過(guò)程

圖1　四級(jí)渦輪盤(pán)簡(jiǎn)圖

渦輪盤(pán)精加工由于受零件壁厚薄、型腔窄等結(jié)構(gòu)限制，需要多次換刀轉(zhuǎn)接加工，以保證刀具進(jìn)退中不與零件發(fā)生干涉及接刀處轉(zhuǎn)接圓滑，在數(shù)控編程時(shí)，通過(guò)模擬仿真確定走刀軌跡和加工順序。精加工時(shí)零件安裝邊壁厚和內(nèi)腔腹板處約2.5mm～2.6mm，在加工中零件易產(chǎn)生變形，而且在加工安裝邊與斜壁、腹板與斜壁等的轉(zhuǎn)接圓弧R時(shí)，容易形成加工盲區(qū)，必須配以專(zhuān)用刀桿，規(guī)避干涉現(xiàn)象；且零件薄壁剛性差，加工時(shí)刀具懸伸長(zhǎng)，容易產(chǎn)生振刀現(xiàn)象，綜合考慮上述因素，在去除余量時(shí)，采用多次進(jìn)刀，控制吃刀深度，同時(shí)保證刀具鋒利，冷卻充分，在加工余量剩余0.2mm～0.3mm時(shí)，注意更換新刀片，以減小零件變形。

3.2切削參數(shù)

Vc=15-25r/min，f=0.11～0.22mm/r，Ap=0.3mm。

結(jié)論

以某新機(jī)四級(jí)渦輪盤(pán)為載體，優(yōu)化調(diào)整了加工工藝路線和工藝方案，固化工藝參數(shù)，增加修復(fù)加工工序等工藝改進(jìn)措施，零件尺寸合格率由原80%提高到95%，完成了零件的批量加工和交付，大幅度地提高了渦輪盤(pán)的加工質(zhì)量和表面完整性。

[1]王聰梅．航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件機(jī)械加工[M]．北京：航空工業(yè)出版社，2014．

[2]透平機(jī)械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書(shū)編委匯編．盤(pán)軸制造技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2002．

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