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低壓渦輪軸的工藝研究

2018-5-16 來源：沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司作者：王蓮哈劍義陳磊

摘要：本課題以某批產(chǎn)機(jī)種薄壁空心長軸為研究對(duì)象，通過合理的安排加工工藝路線，完成零件內(nèi)外型面的加工，滿足零件壁厚差要求，提高零件加工質(zhì)量，為后續(xù)四代機(jī)渦輪軸類零件的加工積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目的，完成了課題研制任務(wù)。

關(guān)鍵詞：低壓渦輪軸；壁厚差；加工參數(shù)；走刀路線

1、零件結(jié)構(gòu)分析

低壓渦輪軸是安裝在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上核心的關(guān)鍵軸件，是典型的空心長軸類零件，該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其尺寸精度高、技術(shù)條件要求極為嚴(yán)格，在工藝制造的過程中很難加工保證，需要合理的制定工藝方案，研究解決低壓渦輪軸的內(nèi)外型面加工變形問題，保證零件得壁厚差要求。該低壓渦輪軸總長1161±0.15；壁厚差不大于0.08；小端螺紋相對(duì)于基準(zhǔn)W-G的同軸度為ф0.05；小桿相對(duì)于基準(zhǔn)W-G的跳動(dòng)0.02；軸中間部位圓柱度為0.01，相對(duì)于基準(zhǔn)W-G的跳動(dòng)為0.02；大端外圓及端面相對(duì)于基準(zhǔn)W-G的跳動(dòng)為0.02；大端外圓圓柱度為0.005，相對(duì)于基準(zhǔn)W-G的跳動(dòng)為0.01；徑向孔及斜孔的位置度為ф0.3均布；花鍵套齒模數(shù)2.5，齒數(shù)26，齒向偏差0.015，齒型公差0.038；表面粗糙度為Ra=1.60μm或Ra=0.80μm；徑向尺寸最小公差為0.018。由于零件較長，加工過程中容易彎曲變形，再加上尺寸及技術(shù)條件要求精度高，難以加工。

2、工藝參數(shù)的選擇

低壓渦輪軸采用1Cr11Ni2W2Mo V材料制造，該材料是馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能，加工時(shí)需選用合理的工藝參數(shù)，見表1。

3、低壓渦輪軸加工工藝方案設(shè)計(jì)

3.1 深孔加工

低壓渦輪軸的毛坯為細(xì)長型實(shí)心模鍛件，深孔加工在專用的深孔鉆、深孔鉆鏜床上進(jìn)行。外圓基準(zhǔn)加工后，首先加工內(nèi)孔，然后通過熱處理工序來消除加工應(yīng)力。內(nèi)型面加工過程分為鉆、鏜、鉸3個(gè)步驟。由鉆深孔加工去除大部分零件內(nèi)孔余量，鏜孔修正熱處理產(chǎn)生的彎曲變形，最后通過鉸孔完成長軸零件最終內(nèi)型面的加工。內(nèi)孔鏜正后，以內(nèi)孔為基準(zhǔn)，車加工零件外型面，使渦輪軸的內(nèi)外表面同心，從而保證零件壁厚差要求。在壁厚差測(cè)具上分段測(cè)量各截面壁厚差數(shù)值，在普通車床上，對(duì)壁厚差厚點(diǎn)，通過一夾一頂?shù)姆绞?找偏壁厚差厚點(diǎn)，對(duì)零件進(jìn)行車加工，將壁厚差厚點(diǎn)車掉，通過反復(fù)測(cè)量及修整，保證壁厚差要求。每進(jìn)行一次深孔加工，對(duì)零件進(jìn)行一次修復(fù)壁厚差工序，以保證壁厚差要求。

在深孔加工過程中，為確保零件壁厚差要求，須采用外購機(jī)加刀具，既可以提高零件加工效率，又能提高零件加工質(zhì)量。在每次深孔加工前，需鏜加工對(duì)應(yīng)尺寸的引導(dǎo)孔，以保證深孔的技術(shù)條件要求。

鏜加工引導(dǎo)孔后，首先用支撐部位直徑尺寸為φ72.7的深孔刀具加工深孔φ72.7，改用支撐部位直徑為φ73.3的深孔刀具加工孔φ73.3。大孔加工完畢后，改用長的轉(zhuǎn)接桿加工深孔φ47，此時(shí)采用的轉(zhuǎn)接桿支撐部位直徑應(yīng)該與剛加工完的大孔直徑φ73.3相配合。在轉(zhuǎn)接桿上安裝小孔引導(dǎo)刀具φ47后，先加工φ47的引導(dǎo)孔，引導(dǎo)孔加工完畢后，采用長度較長的φ47深孔刀具加工小孔至圖紙尺寸。

3.2 車削加工

由于零件加工余量大，且需要經(jīng)過一次熱處理，因此將車削加工分為粗車、細(xì)車、半精車及精車幾個(gè)部分。其中粗車安排在熱處理之前，細(xì)車、半精車逐步去除零件表面余量，減少切削應(yīng)力，精車由數(shù)控車床完成最終外型面的加工。

3.3 加工過程中的注意事項(xiàng)

（1）加工過程中每調(diào)用一個(gè)新程序，操作者、工藝人員對(duì)調(diào)用的程序進(jìn)行校對(duì)，保證加工程序的正確性。

（2）每次更換刀具或刀片，都要在零件上重新對(duì)刀，保證對(duì)刀值的一致性，接刀表面圓滑轉(zhuǎn)接。

（3）每加工一次表面，操作者，工藝人員共同進(jìn)行檢查，并于在機(jī)床上對(duì)給定的刀補(bǔ)值進(jìn)行校驗(yàn)，以便根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整。

（4）每循環(huán)加工一次表面，操作者、工藝人員檢查刀具磨損情況，決定換刀點(diǎn)和換刀次數(shù)。

4、低壓渦輪軸壁厚差的修復(fù)

對(duì)于長軸類零件，嚴(yán)格控制零件的壁厚差是加工長軸類零件的重點(diǎn)及難點(diǎn)，對(duì)于低壓渦輪軸，壁厚差的修復(fù)極其重要，深孔工序加工完成后，預(yù)先用測(cè)具檢查零件外圓5~6處表面，找出各處的最高點(diǎn)，并在最高點(diǎn)部位用彩筆標(biāo)出實(shí)際數(shù)值。根據(jù)求得的實(shí)際數(shù)值，在車床上安裝零件時(shí)故意將外圓找偏后，車加工外型面，并加工尾部倒角，作為后續(xù)零件加工的基準(zhǔn)，以保證壁厚差要求。

長軸類零件，加工過程中機(jī)床尾座頂緊力過大，導(dǎo)致零件在加工過程中受軸向頂緊力較大，零件中心部位產(chǎn)生彎曲變形，影響零件質(zhì)量；其次，在墊偏尾座找偏零件過程中壁厚差最大點(diǎn)與零件跳動(dòng)最高點(diǎn)存在一定的角度。因此，零件在修復(fù)過程中存在一定的誤差。在零件修復(fù)過程中，要在滿足零件加工的情況下，盡力減小頂緊力，以減小長軸類零件在加工過程中的彎曲變形，提高零件加工精度；其次，在零件修復(fù)的過程中，要多次對(duì)壁厚差進(jìn)行測(cè)量，以達(dá)到最終的壁厚差要求。

5、結(jié)果討論與分析

低壓渦輪軸是長軸類零件的典型結(jié)構(gòu)，經(jīng)過長期的試驗(yàn)與改善，其加工工藝對(duì)長軸類零件的加工具有指導(dǎo)意義。車削加工和銑削加工的加工參數(shù)制定對(duì)同種材料的其他類型零件也具有參考價(jià)值。后續(xù)加工能力提升還需參考國外先進(jìn)的技術(shù)，不斷提高及完善.

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