1、引言

      渦輪（lún）軸（zhóu）的（de）深孔加工曆來是軸類零件加工關鍵之一，由於其孔深，又是封閉（bì）式加（jiā）工，排（pái）屑困難，加工（gōng）難度大。本文所述空（kōng）心軸是航空發動機上（shàng）高速旋轉的關鍵零件，也是典型的（de）薄壁空心細（xì）長軸類零件。工（gōng）作轉速（sù）在10000r/min 以上，材料為1Cr11Ni2W2MoV實心模鍛件。空心軸（zhóu）的小端與壓氣機轉子連接；中間部分裝有軸間軸承，其大端連（lián）接渦輪盤並（bìng）與封嚴環、軸承座、襯套等多個零件構成渦輪（lún）轉子。

      目前，國內空心長軸深孔鏜削加工普遍采用懸（xuán）臂式的（de）長徑比很大、由結構鋼製（zhì）造的（de）刀杆進行加工，由於其刀具係統自身的（de）剛性（xìng）差，在切削過程中（zhōng）極易產生讓刀變形和機械振動，造成零（líng）件內孔中（zhōng）心線偏移，軸內外圓表麵壁厚差不合（hé）格，達不到設計圖樣（yàng）中規定的壁厚差（chà）0.05mm要求，不（bú）僅製約了生產效率的提高，也直（zhí）接（jiē）導（dǎo）致加工表麵質量的下降（jiàng）。為了解決（jué）深孔加工這一難題，經過深入研究、廣泛調查收集信息（xī），聯合株洲硬（yìng）質合金廠自主開發、研製整體硬（yìng）質合金刀杆，解決長（zhǎng）期以來深孔加工刀具係統剛（gāng）性不足，影響加工質量的技術瓶頸。

      整體硬質合金刀杆的設計（jì）過程曾多次修改（gǎi）設計方案，對刀杆的結構剖麵和幾（jǐ）何形狀、外觀尺寸進行（háng）了三次改進，在刀杆和刀（dāo）頭的連接方式上，也進行了三次較大的設計方（fāng）案改（gǎi）進，製造廠家因製（zhì）造成型工藝與我們設計圖紙規定的連接方式不同，也進行了相應的工藝方案改（gǎi）進，經雙方共（gòng）同努力，完成了自行研製的國內第一件長度超過1米長（zhǎng）的整體硬質合金刀杆，實現（xiàn）了我（wǒ）們（men）多年以來的夙願，填補了我國在這（zhè）一領域的技術空白。

      2、整體硬質合（hé）金刀杆的研製及在深孔加工（gōng）中的（de）應用

      2.1整體硬質合金刀（dāo）杆的結構與製造工藝：

      刀杆結構及技術（shù）要求見圖1，刀（dāo）杆（gǎn）製（zhì）造工藝路線為：

      粉末冶金---攪拌---灌注到專用的模具中成型---萬噸等靜壓壓注---烘幹---半成品加工---真空燒結---粗、精加（jiā）工---製（zhì）成成品---檢驗

      2.2渦輪軸深孔加工方法和（hé）刀具

      渦輪軸（zhóu）零件（jiàn）簡圖見圖（tú）2

      2.2.1 傳統的深孔加工工藝方法（fǎ）和刀具

      1）傳統（tǒng）的深孔加工成型工藝鑽孔---擴孔---粗鉸大錐麵孔---粗鉸小錐麵孔---精鉸大錐麵孔---鉸小錐麵孔---鏜小頭尾孔

      2）刀具（jù）：深孔鑽（zuàn）頭、深（shēn）孔鏜頭、深（shēn）孔鉸刀（dāo）、結（jié）構鋼材料深孔鏜（táng）杆

      3）專用設備：深（shēn）孔鑽床T2120傳統的深孔加工工（gōng）藝主要（yào）存在的問題是（shì）：加工後零（líng）件的壁厚差合格率極低，常常發現在整個深（shēn）孔型麵中，小孔的內表麵（尺寸ф48.5+0.5）與大孔的內（nèi）表（biǎo）麵（尺寸ф75+0.12）同軸（zhóu）度誤（wù）差較大，導致壁厚差超差。以往我們（men）采取的修複方法為：常以小孔部分內表麵為基準，而且小孔（kǒng）部分的內孔表麵（尺寸ф48.5+0.5）依據當（dāng）時的條件無法修（xiū）複，僅能修複（fù）大孔（尺寸ф75+0.12），往往采用（yòng）找偏大孔理論中心（xīn）線（xiàn）使其與小孔一致後（hòu），加工大孔內表麵保證與小孔內表麵同軸度要求。然後修複內孔基準和外圓各表麵，保證空心軸壁厚差要求（qiú）。采用這種修複方法，修複（fù）加工過程十（shí）分複雜，隨機性較（jiào）大，造成部分尺寸和技術條件（jiàn）不能得到（dào）有效控製。

      2.2.2 應用硬質（zhì）合金（jīn）長刀杆深孔加工工藝

      1）改進（jìn）後深孔（kǒng）加工的成型工藝（yì）

      鑽孔---擴孔（kǒng）--粗（cū）鉸大錐麵孔--粗鉸小錐麵孔---精鏜深孔型麵--精鉸大錐麵孔---精鉸小錐麵孔---鏜小頭尾孔

      2）刀具：深孔鑽頭、深孔鏜頭、深孔鉸刀、深孔鏜杆、硬質合金長刀杆、鏜刀（dāo）頭

      3）專用設（shè）備：深（shēn）孔（kǒng）鑽床T2120、深孔鏜床KDM-618

      2.2.3 傳統的深孔加工工藝方法和采用整體硬質合金刀（dāo）杆深孔加工工藝方法的比較（jiào）

      1）采用（yòng）整體硬質合金（jīn）刀杆進行深孔鏜削加工，解決過去深孔加工中，空心（xīn）軸內孔（kǒng）尺寸Ф48.5mm依靠浮動鏜削加工，刀杆（gǎn）的浮動支撐，基準自身精度達不（bú）到要求的問題。而應用（yòng）整體硬質合金刀杆後，保證了空心軸所加工的內孔與其它內孔之間同軸度要求，同軸度數值可控製在0.05之內。

      2）避免了在傳統深孔加工過（guò）程中，依靠刀杆浮動支（zhī）撐定位，各段深（shēn）孔（kǒng）、型麵分段（duàn）成型，使基準定位誤差較大、造成各段內（nèi）孔中心線不重合誤差。

      3）過去在粗鉸孔時，采用浮動鉸刀在鉸削餘量不均勻的情況下，刀具的浮動刀頭往往偏向一邊（biān）切削，產生內孔偏移現象。在精（jīng）鉸時也無法修複。現在采用整體硬質合金刀杆，可直接進行深孔鏜削修複加工，避免了（le）以往深孔加工中複雜的修複過程，提高了修複加工精度。

      4）采用（yòng）新工藝進行深孔加工試驗後，空心長軸（zhóu）的壁厚差均可控製在0.05mm之內，新工藝應用後可以簡化空心軸壁厚差（chà）的修複方式，經實際應用後，提高了（le）深孔加工的效（xiào）率，保證深孔加（jiā）工各段孔（kǒng）的中心線（xiàn）同（tóng）軸，達到了（le）設計圖紙中嚴格的壁（bì）厚差要（yào）求。

      3 硬質合（hé）金刀杆加工深（shēn）孔的應用實例（lì）

      3.1 模（mó）擬軸的深孔加（jiā）工試驗（yàn）

      試驗條件：設備：KDM-18 深孔鏜床工裝：整體硬質合金刀杆、結構鋼刀杆、YT15 車刀、仿型（xíng）用靠模板（bǎn）試驗項目：第一種空心模擬（nǐ）軸的深孔加工試驗（見圖3），試驗目的檢查驗收硬質合金（jīn）刀杆的製造質量，完成與普通結構鋼刀杆加工數據對比，為（wéi）渦輪軸零件深孔加工積累經驗。

      試（shì）驗結果：試驗（yàn）對比後（hòu），發現采用整體硬質合金（jīn）刀杆精加工（gōng）的零件表麵粗（cū）糙度值較低，上刀後整（zhěng）體硬（yìng）質合（hé）金刀杆的讓刀量、在加工（gōng）中刀杆的回彈、尤其是近根（gēn）部的振顫（chàn）感均好於參加對比的結構鋼刀杆。應用試（shì）驗采集的數（shù）據如表1 示

      3.2 第二種空心軸的深孔加（jiā）工（gōng）應用

      1）應（yīng）用條件：設備：KDM-18深孔鏜床工裝：整體硬質合金刀杆、YT15車刀、仿（fǎng）型用的靠模板

      2）應用項目：第二（èr）種空心軸見圖4，采（cǎi）用硬質合金（jīn）刀杆進行加（jiā）工試驗，尋求最佳切削參數。

      3）應用結果：采用（yòng）了整體硬質合（hé）金刀杆對第二種空心軸進行深孔加工（gōng），加工結果與第一種空心模擬軸相近，切削試驗參數與表（biǎo）1 中序號為2、3、4、5、6 的參（cān）數一致，效果非常理想。

      3.3 第三種空心軸的深孔加工（gōng）應用

      1）應用條件：設備：KDM-18 深孔鏜床工裝：整體硬（yìng）質合（hé）金刀杆、YG8車刀、仿（fǎng）型用的（de）靠模板.

      2）應用項目：第三種空心軸見圖5，按（àn）試驗工藝規程進行（háng）深孔加工試驗，驗證其加工（gōng）的可（kě）行性和合理性。

      3）應用結果：采用了整體硬質合金刀杆對第（dì）三種空心軸（zhóu）進行深孔加工，加工結果及切削試驗參數與第二種（zhǒng）空心軸一致（zhì），效（xiào）果非常理想。

      3.4試驗應用結論：

      采用了整體（tǐ）硬質合金刀杆對第三種空心軸進行深孔加（jiā）工，應用結果（guǒ）與第二種空心軸（zhóu）及第一種模擬軸的加工結果相近，經過了多次的零件加工和試（shì）驗，證（zhèng）明采用整體硬（yìng）質（zhì）合金刀杆對空（kōng）心軸進行深孔加工，能夠保證空心長軸內、外圓的的壁厚差在整個加工長度上控製在0.05mm 之內。完全滿足（zú）設計圖紙的（de）要求。第三種空心軸切削參數及加工結（jié）果（guǒ）見表2。

      4 攻關成果分析與討論

      1）分析：經（jīng）過（guò）多次攻關試驗，采用自主設計研發的整體硬質合（hé）金刀杆，在三種空心長軸零件的深孔加工（gōng）中得到了應用，驗證了采用整體硬質合金刀（dāo）杆（gǎn），進行空心長軸深孔鏜削加工的可行性和先進性，實際應用結果表明，硬質合金與常規的合金結構鋼刀杆相比，它的硬度和強（qiáng）度，尤其是剛性要遠遠大（dà）於合金結構鋼。在相同刀杆直徑情況下，采用優質鋼製造的刀（dāo）杆最大懸伸量（鏜刀杆長度與鏜刀杆直徑之比）為（wéi）5:1，而采用硬質合金製造的鏜刀杆最大懸伸量為（wéi）10:1，驗證了整體硬質合（hé）金刀杆加工（gōng）深孔的優越性。渦輪軸零件深孔加工的壁厚差值從原來的0.08 提高到0.05。滿足（zú）設計圖紙要求。

      5結論（lùn）

      經過多（duō）次試（shì）驗加工和（hé）實際應用的結果（guǒ）說明（míng），采用整體硬質合金刀杆進行（háng）渦輪軸深孔加工效果，與論證報告中預期的效果基本一致，證明了應（yīng）用整體硬質合金刀杆進行空心軸深孔加工工藝的可行性和先進性。新的（de）深孔加（jiā）工工藝（yì），可以保證深孔加工後的（de）尺寸（cùn）精度、表麵（miàn）粗（cū）糙度及嚴格的壁厚差要求，其技術水平與指標均可達到國外同類航空產品的（de）要求（qiú）。並已推廣應用在批量生（shēng）產中。自行設計研（yán）製的超長整體硬質合金刀杆，可應用到其它空心長軸類零（líng）件的深孔加工（gōng）中（zhōng），並可（kě）以推廣到國內外的相關加工領域中。