1、引言

      渦輪軸（zhóu）的深孔加工曆來是軸類零件加工關鍵之一，由於其孔深，又是（shì）封閉式加工，排屑（xiè）困難，加工（gōng）難度大（dà）。本文所述空心軸是航空（kōng）發動機（jī）上（shàng）高速旋轉的關鍵零件，也是典（diǎn）型的薄壁空心細長軸類零（líng）件。工作轉速在10000r/min 以上，材料為1Cr11Ni2W2MoV實心（xīn）模鍛件。空心軸的小（xiǎo）端與（yǔ）壓氣機（jī）轉子連（lián）接；中間部分裝有軸間軸承（chéng），其（qí）大端連接渦輪盤並與封嚴環、軸承座、襯套等（děng）多個零件構成渦輪轉（zhuǎn）子。

      目前，國內空心長軸深孔鏜削加工普遍采用懸臂式的（de）長徑比很大、由結構鋼製（zhì）造的刀杆進行加工，由於其刀具係統自身的剛性差，在切削（xuē）過程中極易產生讓（ràng）刀（dāo）變形和機械振動，造成（chéng）零件內孔中（zhōng）心線偏移，軸內外圓表麵壁厚差不合格，達不到設計（jì）圖（tú）樣中規定的壁厚差0.05mm要求，不僅製約了生產效（xiào）率的提高，也直接導致加工表麵質量的下（xià）降。為了解決深孔（kǒng）加工這（zhè）一難題，經過深入研究、廣泛調查收集（jí）信息，聯合（hé）株洲硬質合金（jīn）廠自（zì）主開發、研製整體硬質合金刀杆，解決（jué）長期以來深孔加工（gōng）刀具係統剛性不（bú）足，影（yǐng）響加工（gōng）質量的技術瓶頸。

      整體硬質合金刀杆的設計過程曾多次修改設計方案，對（duì）刀杆的（de）結構剖麵和幾（jǐ）何形狀、外觀尺寸進行了三次改進，在刀杆（gǎn）和刀頭的連接方式上，也進行了三次較大的設計方案改進，製造廠家因製造成型工藝與我們設計圖紙規定的連接方式不同（tóng），也進行了相應的工藝方案改進，經雙方共同努力，完成了自行研製的國內第一件長度超過（guò）1米長的整體硬（yìng）質合金刀（dāo）杆，實（shí）現了我們多年（nián）以（yǐ）來的夙願，填補了我（wǒ）國在這一領域的技術空白。

      2、整（zhěng）體（tǐ）硬質合金刀杆的研製及在深孔加工中的應用

      2.1整體硬質合金刀杆的結構與製造工藝：

      刀杆結構及技術要求見圖1，刀杆製造工藝路線為：

      粉末冶金---攪拌---灌注到專用的模具中成型---萬（wàn）噸等靜壓壓注---烘幹---半成品加工---真空燒結---粗、精加（jiā）工---製成成品---檢驗

      2.2渦輪軸深孔加工方法和刀具

      渦輪（lún）軸零件簡圖見圖2

      2.2.1 傳（chuán）統的深孔（kǒng）加工工藝方法和刀具

      1）傳統的深（shēn）孔加（jiā）工成型工藝鑽孔---擴孔---粗（cū）鉸（jiǎo）大（dà）錐麵孔---粗鉸小錐（zhuī）麵孔---精（jīng）鉸大錐麵孔---鉸小錐麵孔---鏜小頭尾（wěi）孔

      2）刀具：深孔鑽頭、深孔鏜頭（tóu）、深孔鉸刀、結構鋼材料深孔鏜杆

      3）專用設備：深孔（kǒng）鑽（zuàn）床T2120傳統的（de）深孔加工工（gōng）藝主要存在的問題是：加工後（hòu）零件的壁（bì）厚差合格率極低，常常發現在（zài）整個深孔型麵中，小孔的內（nèi）表麵（尺寸ф48.5+0.5）與大孔的內表麵（尺寸ф75+0.12）同軸度（dù）誤差較大，導致壁厚差超差。以往我們采取的修（xiū）複方法為：常以小孔部分（fèn）內表麵為基準，而且小孔部分的內孔表麵（尺寸ф48.5+0.5）依據當時的（de）條件無（wú）法修複，僅（jǐn）能修複大孔（尺（chǐ）寸ф75+0.12），往往采用找（zhǎo）偏大孔理論（lùn）中心線使其與小孔一致後，加工大孔內表麵保證與小孔內表（biǎo）麵同軸度要求。然後修複內孔基（jī）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，修複加工過程十分複雜，隨機性較大（dà），造成部分尺（chǐ）寸和技術條件不能得到有效控製（zhì）。

      2.2.2 應用硬質合金長（zhǎng）刀杆深孔加工工藝

      1）改進後深孔加工（gōng）的成型工藝

      鑽孔---擴孔--粗鉸大錐麵孔--粗鉸小錐麵孔---精鏜深（shēn）孔型麵--精鉸大錐麵孔---精鉸小錐麵孔---鏜（táng）小頭尾孔

      2）刀具：深孔鑽（zuàn）頭（tóu）、深孔鏜頭、深孔（kǒng）鉸刀、深孔鏜杆、硬質合金長刀杆、鏜刀頭

      3）專用設備：深（shēn）孔鑽床T2120、深孔鏜床KDM-618

      2.2.3 傳（chuán）統的深孔加工工藝方法和采用整體硬（yìng）質合金刀杆深孔加工工（gōng）藝方法的（de）比較

      1）采用整體硬質合金刀杆進（jìn）行深孔鏜削（xuē）加工，解決過去深孔加工中，空心軸（zhóu）內（nèi）孔尺寸（cùn）Ф48.5mm依靠浮動鏜（táng）削加工，刀杆的浮動（dòng）支撐，基準自（zì）身精度達不到要（yào）求的問題（tí）。而應用整體硬質合金刀（dāo）杆後，保證了空心（xīn）軸（zhóu）所加工的內孔與其它內孔之間（jiān）同軸度（dù）要求，同軸度數值可（kě）控製在0.05之（zhī）內。

      2）避免了在傳統深孔（kǒng）加（jiā）工過程中，依靠刀杆浮動支撐定位，各段（duàn）深孔、型麵分段成型，使基準（zhǔn）定（dìng）位誤差（chà）較大、造成各段內孔中心線不重合（hé）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（dāo）具的浮動刀頭往往偏向一邊切削，產（chǎn）生內（nèi）孔偏移現象。在精鉸時也無（wú）法修複。現在采用整體（tǐ）硬質合金刀（dāo）杆，可直接（jiē）進行深孔（kǒng）鏜削修複加工，避免了（le）以往深孔加工（gōng）中複雜的修複過程，提高了修複加工精度。

      4）采（cǎi）用新工藝（yì）進行（háng）深孔加工試驗後，空（kōng）心長軸的壁厚差均可控製在0.05mm之內，新工藝應用後可以簡（jiǎn）化空心軸壁厚差（chà）的修複方式，經實際應用後，提高了深孔加工的效率，保證（zhèng）深孔加工各段孔的中心線同軸，達到了設計圖紙中（zhōng）嚴格的壁（bì）厚差要求。

      3 硬質合（hé）金刀杆加工深孔的應用實例

      3.1 模擬軸的深孔加工試驗

      試驗條件：設備：KDM-18 深孔鏜床工裝：整體（tǐ）硬質合金刀杆、結構鋼刀杆、YT15 車刀、仿型用靠（kào）模板試驗項目：第一種空心（xīn）模擬軸的深孔加工試驗（見圖3），試（shì）驗目的檢查驗收硬質合金刀杆的製造質量，完成與普通結構鋼刀（dāo）杆加工數據對比，為渦輪軸零件深（shēn）孔加工（gōng）積累經驗（yàn）。

      試驗結果：試驗對比後，發（fā）現采用整體硬質合金刀（dāo）杆精加工（gōng）的零件表麵粗糙度值較低，上刀後整體硬質合金刀杆（gǎn）的讓刀量、在加工中刀杆的回彈、尤其是近根部的振顫感均好於參加對比的結構鋼刀（dāo）杆。應用試驗采集（jí）的數據如表1 示

      3.2 第二種空心軸的（de）深孔加工應用

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

      2）應用項目：第二種空心軸見圖4，采用硬質（zhì）合金刀杆進行加工試驗，尋求（qiú）最佳切削參數（shù）。

      3）應用結果：采（cǎi）用了整體硬質合金刀杆對第（dì）二種空心軸進（jìn）行深孔加工，加工結果與第一種空心模擬軸（zhóu）相近（jìn），切削試驗參數與表1 中序號為（wéi）2、3、4、5、6 的參數一致，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（shè）備：KDM-18 深孔鏜床工裝：整體硬質合金刀杆、YG8車刀、仿型（xíng）用的靠模（mó）板.

      2）應用項目：第三種空心（xīn）軸見圖5，按（àn）試驗工藝規程進行深孔加工試驗，驗證其加工的可行性（xìng）和合理（lǐ）性。

      3）應用（yòng）結果：采用了整體硬質合金刀杆對第三種空（kōng）心軸進行深孔加工，加（jiā）工結果及切削（xuē）試驗參（cān）數（shù）與第二種空心軸一致，效果非常理想。

      3.4試驗應用結論：

      采用了整體硬質合金刀（dāo）杆對第三種空（kōng）心軸進行深孔加工，應（yīng）用結果與第二種空心軸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驗，證明（míng）采用整體硬質合金刀杆對空（kōng）心軸進行深孔加工（gōng），能夠保證空心（xīn）長軸內、外圓的的壁厚差在整個加工長度上（shàng）控製在0.05mm 之內。完全滿足設計圖紙的要求。第三種（zhǒng）空（kōng）心軸切削參數及加（jiā）工結果見表2。

      4 攻關成果分析與討論

      1）分析：經過多次攻關試驗，采用自（zì）主設計研發的整（zhěng）體硬質合金刀杆，在三（sān）種空心長軸零（líng）件的深孔加工中（zhōng）得到了應用，驗證了采用整體硬質合金刀杆，進行空心長軸深孔鏜削加工的可行性和（hé）先進性，實際應用（yòng）結果表明，硬（yìng）質合金與常規的合金結構鋼刀杆相（xiàng）比，它的（de）硬度和強度，尤其是剛性要遠遠大於合金結構鋼。在相同刀杆直徑情況下，采用優質鋼製（zhì）造的刀杆最大（dà）懸伸量（鏜（táng）刀杆（gǎn）長度與鏜刀杆直徑之比）為（wéi）5:1，而采用硬質合金（jīn）製（zhì）造的鏜（táng）刀杆最大懸伸量為10:1，驗證了整體硬質合金刀杆加工深孔的優越性（xìng）。渦輪軸零件深（shēn）孔加工的壁厚差值從原來的0.08 提高到0.05。滿（mǎn）足設計圖紙要求。

      5結論

      經過多次試驗加工和（hé）實際應用的結果說明，采用整體硬質合金刀杆進行渦輪軸（zhóu）深孔加（jiā）工（gōng）效（xiào）果，與論證報告中預期的效（xiào）果基本一致，證明了應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（xiān）進性。新的深（shēn）孔加工工藝，可以保證深孔加工（gōng）後的尺寸精度、表麵粗糙度及嚴格的壁厚（hòu）差要求，其技（jì）術水（shuǐ）平與（yǔ）指標均可達到國外同類（lèi）航空產品的要求。並已推廣（guǎng）應用在批量生產中。自行設計研製的超長整體硬質合金刀杆（gǎn），可應用到（dào）其它空心長軸類零件的深孔（kǒng）加工中，並可以推廣到國內外（wài）的相關加工領域中。