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低壓渦輪軸的工藝研究

2018-5-16 來源：沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司作者：王蓮哈劍義陳磊（lěi）

摘要：本課題以某批產機種薄壁空心長軸為（wéi）研究對象，通過合理的（de）安排加工工藝路線，完成零（líng）件內外型麵的加工，滿足零件壁厚差要求，提高零件加工質量，為後續四代機渦輪軸類零件的加工積累寶貴經驗，達到了預期目的，完成（chéng）了課題研製任務。

關鍵詞：低壓渦輪軸；壁（bì）厚差；加工參數；走刀路線

1、零件結構分析（xī）

低壓渦輪（lún）軸是安裝在航空（kōng）發動機渦輪機（jī）轉（zhuǎn）子上核（hé）心的關鍵軸件，是典型的空心長軸類零件（jiàn），該零件結（jié）構複雜，其尺寸（cùn）精度高、技術條件要求（qiú）極為嚴（yán）格，在工藝製造（zào）的過程中很難（nán）加工保證（zhèng），需要合理的製定工藝方案，研究解決低壓渦輪軸的內外（wài）型麵加工變形問題，保證零件得壁厚差要求。該低壓渦輪軸總長1161±0.15；壁厚差不大於0.08；小端螺紋相對（duì）於基準W-G的同軸（zhóu）度（dù）為ф0.05；小杆相對於基準W-G的跳動0.02；軸中間部（bù）位圓柱度為（wéi）0.01，相對於基（jī）準W-G的跳動為0.02；大端外圓及端（duān）麵相對於（yú）基準W-G的跳動為0.02；大端外（wài）圓圓（yuán）柱度為（wéi）0.005，相對於（yú）基準W-G的跳動為0.01；徑（jìng）向孔及斜孔的位置度為ф0.3均布；花鍵（jiàn）套齒模數（shù）2.5，齒數26，齒向偏差0.015，齒型公差0.038；表麵粗糙度為Ra=1.60μm或（huò）Ra=0.80μm；徑向尺寸最小公差為0.018。由於零（líng）件較長，加工過程中（zhōng）容易彎曲變形，再加上尺寸及技術條件（jiàn）要（yào）求精度高，難以（yǐ）加工。

2、工藝參數（shù）的選擇

低（dī）壓渦輪軸采用1Cr11Ni2W2Mo V材料製造，該材料是馬氏體熱強不鏽鋼，具有良好的（de）綜合力學性能，加工時（shí）需選用合理的工藝參數，見表1。

3、低壓渦輪軸加工工藝方案設計

3.1 深孔加工

低壓渦輪軸的毛坯為細長型實心（xīn）模鍛件，深孔（kǒng）加工在專用的深孔鑽、深孔鑽鏜床上（shàng）進行。外（wài）圓基準加工後，首先加工內孔，然後通過熱處理工序來消除加工應力。內型麵（miàn）加工過程分為鑽、鏜、鉸3個步驟。由鑽深孔加工去（qù）除大部分零（líng）件內孔（kǒng）餘量，鏜孔修正熱處理產生（shēng）的彎曲變（biàn）形，最後通過鉸（jiǎo）孔完成（chéng）長軸零件最終內型麵的（de）加工。內孔鏜正後，以內孔為基準（zhǔn），車加工零（líng）件外型麵，使渦輪軸的內外表麵（miàn）同心，從而保證（zhèng）零（líng）件壁厚（hòu）差要求。在壁厚差測具上分段測量（liàng）各截（jié）麵壁厚差數值，在（zài）普通車床上，對壁厚（hòu）差厚點，通過一夾一頂的方式,找偏（piān）壁厚差厚點，對（duì）零件進行車加工，將壁厚差（chà）厚點車掉，通過（guò）反複測量及修整，保證壁厚差要求。每進（jìn）行一（yī）次深孔加（jiā）工，對零件進行一次修複壁厚（hòu）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（hòu）差要求，須采用（yòng）外購機加（jiā）刀具，既（jì）可以提高零件加（jiā）工效（xiào）率（lǜ），又能提高（gāo）零件加工質量。在每次深孔（kǒng）加工前，需鏜加工（gōng）對應尺寸的引導孔（kǒng），以保證深孔的技術條件（jiàn）要求。

鏜加（jiā）工引導孔後，首先用支撐部（bù）位（wèi）直徑尺寸為φ72.7的深孔刀具加工深孔（kǒng）φ72.7，改用支撐部位直徑為φ73.3的深孔刀具加工孔φ73.3。大孔加工完畢後，改用長的轉接杆（gǎn）加工深孔φ47，此時采用的轉接杆支撐部位直徑應（yīng）該與剛加工完的大孔直徑φ73.3相配合。在轉接杆上安裝小孔引導刀具φ47後，先加工φ47的引導（dǎo）孔，引導孔加工完畢後，采用長度較長的φ47深孔（kǒng）刀具加工小孔至圖紙尺寸。

3.2 車削加工

由於零件加工餘量大，且需要經過一次熱處理，因此將車削加工（gōng）分為（wéi）粗車、細車、半精車及精（jīng）車幾個部分。其（qí）中粗車安排在熱處理（lǐ）之前，細車、半精車逐步去除零件表麵餘量，減少切削應力，精車由數控車床完成最終外（wài）型麵的加工。

3.3 加工過程中的注意事項

（1）加（jiā）工過程中每（měi）調用一個新程序，操作者、工藝人員對調用的程序進行校對（duì），保證加工程序（xù）的正確性（xìng）。

（2）每次更換刀具或刀片，都要在零件（jiàn）上重新對刀，保（bǎo）證對刀值的一致性，接刀表麵圓滑轉接。

（3）每加（jiā）工一次表麵，操作者，工藝人員共同進行（háng）檢查，並於在機床上對給定的刀補值進行校驗（yàn），以便根據（jù）測量值進行調（diào）整。

（4）每循環加工一次表麵，操作者、工藝人員檢查刀（dāo）具磨損情況，決定換刀點和換刀次數。

4、低壓渦輪軸（zhóu）壁厚（hòu）差的修複

對（duì）於長（zhǎng）軸（zhóu）類零件，嚴格控製零（líng）件的（de）壁厚差是加（jiā）工長軸類零件的重點及難點（diǎn），對於低（dī）壓渦輪軸，壁（bì）厚差的修（xiū）複極其重要（yào），深孔工序加工完成後，預先用測具檢查零件（jiàn）外圓5~6處表麵，找出各處的最高點，並在最高點部位用彩（cǎi）筆標（biāo）出實際數值。根據求得（dé）的實際數值，在車床上安裝零件時故意（yì）將外圓找偏後，車加工外型麵，並加工尾部倒（dǎo）角，作為（wéi）後續零件加工的基（jī）準，以保證壁厚差要求。

長軸類零件（jiàn），加工過程中機床尾座頂緊力過大，導致零件在加工過程中（zhōng）受軸向頂緊力（lì）較大，零件中心部位產生彎曲變形，影響零件質量；其次，在墊偏尾（wěi）座找偏零件過程中壁厚差最大點與零件跳動最高點存在一定的角（jiǎo）度。因此，零件在修複過程中存在（zài）一定（dìng）的誤差。在（zài）零件修複過程中，要在滿足零件加工的情況下，盡力減小頂緊力，以減小（xiǎo）長（zhǎng）軸類（lèi）零件在加工過程中的彎曲變形，提高零件加工精度；其次，在零件修複的過程中，要多次對壁厚差（chà）進行測量，以達到最終的壁厚（hòu）差要（yào）求。

5、結果討（tǎo）論與分析

低壓渦輪（lún）軸是長軸類零件的典型結構，經過長期的（de）試驗與改善，其加工工藝對長軸類零（líng）件的加工具有指（zhǐ）導意（yì）義（yì）。車削加工和銑削加工的加工參數製定對同種材料的其他類型零件也具有參考價值。後續加工能力（lì）提升還需參考國外先進（jìn）的技術，不斷提高（gāo）及完（wán）善.

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