航空發(fā)動(dòng)機(jī)中壓渦輪焊接軸頸工藝改進(jìn)

魏苗苗 李昱翰 馮業(yè)凱 陳惠娟 朱德生

摘 要：本文主要研究的是民航客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的中壓渦輪焊接軸頸相關(guān)加工工藝方法和工藝改進(jìn)問(wèn)題。本文首先對(duì)現(xiàn)有的加工工藝進(jìn)行分析，調(diào)整了不合理的磨削工序，對(duì)磨削加工工藝進(jìn)行了相關(guān)的分析，調(diào)整用外圓磨設(shè)備來(lái)加工原來(lái)用內(nèi)圓磨設(shè)備磨削的外圓封嚴(yán)齒，加工效率和零件合格率分別提高50%和90%。

關(guān)鍵詞：焊接軸頸零件；磨削加工；工藝路線

中圖分類(lèi)號(hào)：V23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工藝路線的分析

1.1 現(xiàn)有工藝路線分析

中壓渦輪焊接軸頸的加工過(guò)程中，合理的工藝路線才能保證零件滿足圖紙。依照?qǐng)D紙要求，將法蘭環(huán)和軸承環(huán)經(jīng)電子束焊焊接后，再進(jìn)行后續(xù)的加工，其中磨削加工在該類(lèi)零件的加工過(guò)程中是最重要的工序。

選用磨削工藝對(duì)零件進(jìn)行加工的主要原因如下：

（1）對(duì)零件的精度要求高，該零件的軸承環(huán)精度為0.005mm，只有高精度的數(shù)控磨削設(shè)備才能加工出滿足零件關(guān)鍵特性尺寸的零件。

（2）材料硬度高，零件經(jīng)過(guò)滲碳熱處理工序的軸承環(huán)硬度可達(dá)韋氏硬度675以上。因此外圓磨床選用的砂輪直徑為 750mm 的白剛玉砂輪，工砂輪寬度為100mm，從而可以保證零件軸承環(huán)表面粗糙度Ra0.2mm的圖紙要求。

根據(jù)圖紙上的技術(shù)和公差要求以及磨削工藝的主要特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出如下現(xiàn)行加工工藝路線：

毛坯→電子束焊→去應(yīng)力處理→硬度測(cè)試→研磨→環(huán)磨→磨軸承環(huán)外圓→車(chē)法蘭端面及內(nèi)孔→車(chē)法蘭內(nèi)孔及外圓→磨法蘭面→鉆孔→光→硝酸腐蝕和去黑斑→磨軸承環(huán)端面→車(chē)封嚴(yán)齒→研磨→磨法蘭環(huán)端面和內(nèi)孔→磨軸承環(huán)及封嚴(yán)齒→磨封嚴(yán)齒→磨內(nèi)孔→磨法蘭端面和內(nèi)孔→標(biāo)印→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

生產(chǎn)軸頸零件的傳統(tǒng)工藝路線中，存在的主要問(wèn)題如下：

（1）零件壁薄、材料剛性差，極易在加工中加工變形。零件尺寸精度要求高，技術(shù)條件嚴(yán)格，形狀公差小。

（2）軸頸零件帶有半封閉深型腔的結(jié)構(gòu)，開(kāi)敞性比較差，加工中存在進(jìn)退砂輪困難等問(wèn)題。

1.2 磨削工藝路線的改進(jìn)方法

現(xiàn)行磨削工藝中，4個(gè)位置安排了利用外圓磨設(shè)備進(jìn)行加工，其中包括軸承環(huán)外圓，在法蘭環(huán)上的大封嚴(yán)齒，靠近軸承環(huán)上端的封嚴(yán)齒，外圓磨和內(nèi)圓磨加工位置如圖1所示。

由于法蘭環(huán)上的封嚴(yán)齒與軸頸上封嚴(yán)齒的距離較近，利用外圓磨設(shè)備加工軸頸上的兩極封嚴(yán)齒時(shí)，有可能會(huì)和端面法蘭出現(xiàn)加工干涉。所以采用內(nèi)圓磨削設(shè)備來(lái)加法蘭端面近端的封嚴(yán)齒。但是在加工中，發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：

（1）內(nèi)圓磨削砂輪較小，表面速度低，零件加工速度慢，導(dǎo)致零件表面完整性不如外圓磨，設(shè)備占用時(shí)間長(zhǎng)。

（2）是否使用線測(cè)量設(shè)備對(duì)合格率影響比較大。由于內(nèi)圓磨設(shè)備沒(méi)有在線測(cè)量設(shè)備，所以上端封嚴(yán)齒的一次加工合格率僅為65%，所以大量零件需要返修或返工。

（3）外圓磨削工序選用的是白剛玉砂輪，內(nèi)圓磨削工序選用的是棕剛玉砂輪。棕剛玉砂輪的硬度比白剛玉砂輪的硬度低，因此在加工中容易出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，導(dǎo)致砂輪出現(xiàn)明顯的磨損，砂輪表面極易黏附加工廢屑，使磨粒失去磨削作用，同時(shí)磨削溫度也會(huì)隨之升高，導(dǎo)致零件表粗糙度無(wú)法達(dá)到圖紙要求。

為了解決加工中出現(xiàn)的以上問(wèn)題，選用改變加工方法和加工路線的方法來(lái)改進(jìn)。內(nèi)圓磨設(shè)備進(jìn)行加工出現(xiàn)了以上的問(wèn)題，所以通過(guò)改用外圓磨削設(shè)備來(lái)進(jìn)行加工。由于外圓磨削磨床選用的砂輪比內(nèi)圓磨削砂輪大，在加工中容易出現(xiàn)干涉的情況。因此制定的外圓設(shè)備磨削順序是：①磨削軸頸下端封嚴(yán)齒；②磨削軸頸上端封嚴(yán)齒；③磨削法蘭環(huán)下級(jí)封嚴(yán)齒；④磨削法蘭環(huán)上級(jí)封嚴(yán)齒，如圖2所示。

改進(jìn)后的加工方法是利用外圓磨削設(shè)備對(duì)5個(gè)位置進(jìn)行磨削：包括零件軸承環(huán)外圓和軸頸上的兩級(jí)封嚴(yán)齒以及法蘭環(huán)上的兩級(jí)封嚴(yán)齒。改進(jìn)后，減少了一道內(nèi)圓磨削封嚴(yán)齒的加工工序，利用外圓磨設(shè)備進(jìn)行加工軸頸上端的封嚴(yán)齒。所以在磨削加工過(guò)程中要格外注意外圓磨砂輪和法蘭封嚴(yán)齒的位置，如圖3所示。

利用外圓磨設(shè)備進(jìn)行磨削后，砂輪寬度由外圓磨砂輪寬度100mm降為內(nèi)圓磨砂輪寬度45mm， 內(nèi)圓磨砂輪線速度由15m/s變成了外圓磨砂輪線速度30m/s，從而實(shí)現(xiàn)零件表面質(zhì)量明顯提高并且零件加工速度大幅提升。

改進(jìn)加工方法和加工工藝順序后，隨機(jī)抽取20件軸頸上端封嚴(yán)齒一次加工合格率進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。軸頸封嚴(yán)齒直徑圖紙要求為208.25±0.03mm，零件表面跳動(dòng)0.025mm，經(jīng)檢驗(yàn)只有5號(hào)零件的直徑超差0.001mm和17號(hào)零件的表面跳動(dòng)超差0.001mm，其他零件全都合格。零件一次加工合格率提高到90%。

磨削加工過(guò)程中，零件容易被磨削過(guò)程產(chǎn)生的熱量所灼傷，磨削液必須始終澆在零件和砂輪接觸的表面，從而使得零件的表面溫度降低。磨削加工過(guò)程中，要保持砂輪一直旋轉(zhuǎn)，不能出現(xiàn)停止，從而達(dá)到加工過(guò)程的穩(wěn)定性。加工過(guò)程中一旦砂輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，正式加工零件前，設(shè)備需要預(yù)熱幾小時(shí)，同時(shí)要提前在砂輪上澆磨削液，如果有條件，應(yīng)該先加工一個(gè)試驗(yàn)件，從而使整個(gè)設(shè)備處于一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)來(lái)加工正式零件。

對(duì)磨削液的良好過(guò)濾是保證零件質(zhì)量的另一個(gè)重要因素，每天對(duì)磨削設(shè)備液槽上的濾紙進(jìn)行檢查和監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)過(guò)度污染，必須及時(shí)更換新濾紙。

經(jīng)過(guò)以上分析可以得知，改進(jìn)后的方案是利用外圓磨設(shè)備加工零件，從而減少一道內(nèi)圓磨削加工工序，從而使得零件一次加工合格率提高到了90%，同時(shí)加工效率是原來(lái)的兩倍，在提高了加工質(zhì)量的同時(shí)減少了設(shè)備占用率，提高了加工效率。

參考文獻(xiàn)

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