于永濤,郝長(zhǎng)明
(中國(guó)航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所,遼寧 沈陽110015)
某型機(jī)試驗(yàn)用渦輪盤轉(zhuǎn)接段加工工藝研究
于永濤,郝長(zhǎng)明
(中國(guó)航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所,遼寧 沈陽110015)
某型機(jī)渦輪盤轉(zhuǎn)接段是為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞試驗(yàn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)精度高,壁薄,直徑厚度比大,加工難度較大。通過分析,闡述了零件的加工難點(diǎn),確定了加工工藝路線,設(shè)計(jì)了專用工裝,有效地解決了變形問題,加工出了合格零件。加工過程中采取了很多工藝措施并進(jìn)行總結(jié),為高精薄壁零件的加工積累了一定經(jīng)驗(yàn)。
轉(zhuǎn)接段;薄壁;變形;工藝措施
渦輪盤轉(zhuǎn)接段用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞試驗(yàn),連接主軸和渦輪盤,工作轉(zhuǎn)速每分鐘1~2萬轉(zhuǎn),用于500~600℃高溫環(huán)境下,需要傳遞較大扭矩,且連續(xù)工作時(shí)間數(shù)百小時(shí),裝配空間有限,因而其厚度很薄、精度很高,技術(shù)條件異常嚴(yán)格。同時(shí)因零件需要較好的力學(xué)性能,導(dǎo)致零件材料的切削性能較差,給加工帶來較大難度。
1.1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析
渦輪盤轉(zhuǎn)接段結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸如圖1所示。
圖1 某型機(jī)渦輪盤轉(zhuǎn)接段結(jié)構(gòu)示意圖
由圖1可知,渦輪盤轉(zhuǎn)接段屬于薄壁零件,直徑達(dá)600 mm,厚度僅為5 mm,直徑厚度比例達(dá)120∶1,兩側(cè)大平面形位公差0.01 mm,壁厚公差0.02 mm,尺寸精度及公差要求異常嚴(yán)格,加工過程中很容易產(chǎn)生變形,加工難度極大。
1.2 零件材料分析
渦輪盤轉(zhuǎn)接段材料選用GH4169高強(qiáng)鍛件,具有良好的抗疲勞、抗氧化、耐腐蝕性能,在650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金首位,在高溫條件下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度,是一種綜合性能良好的高溫合金,已在宇航及航空工業(yè)中獲得了極為廣泛的應(yīng)用。
GH4169時(shí)效處理后硬度較高,切削阻力大,導(dǎo)熱性差,易粘刀,加工過程中很容易產(chǎn)生冷作硬化,加工難度較大,且GH4169沒有磁性,無法吸附在工作臺(tái)上,給磨削加工增加了難度。
2.1 劃分加工階段
渦輪盤轉(zhuǎn)接段加工過程可分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)階段。粗加工時(shí)要去除大部分加工余量,進(jìn)行鍛件性能及金相組織檢測(cè),釋放鍛造應(yīng)力;半精加工階段要進(jìn)一步去除余量,使加工余量均勻分布,同時(shí)通過熱處理等方式釋放加工應(yīng)力,修正零件變形;精加工階段要控制和優(yōu)化工藝參數(shù),通過工藝措施保證零件的圖紙要求[1]。
2.2 規(guī)劃工藝路線
根據(jù)渦輪盤轉(zhuǎn)接段的結(jié)構(gòu)及材料特性,規(guī)劃零件的主要加工工藝路線如下:
鍛件毛坯→粗車→超聲波探傷→熱處理→半精車→消除應(yīng)力熱處理→半精車→消除應(yīng)力熱處理→數(shù)控精車→鏜工藝孔→安裝工裝→精磨基準(zhǔn)→精磨左側(cè)表面→安裝工裝→精磨基準(zhǔn)→精磨右側(cè)表面→精車凸臺(tái)→鏜孔→靜平衡→熒光檢查→終檢→入庫(kù)。
3.1 加工難點(diǎn)分析
渦輪盤轉(zhuǎn)接段的主要加工難點(diǎn)在于零件直徑大,壁厚薄,精度高,加工過程反復(fù)變形,很難保證圖紙要求。
3.2 解決措施
3.2.1 選擇合理的裝夾方式
因本文加工的零件為薄壁盤類零件,為避免夾緊力對(duì)零件變形的影響,在車削和磨削過程中均采用軸向壓緊的方式進(jìn)行裝夾。因零件材料GH4169沒有磁性,無法吸附在工作臺(tái)上,且外圓尺寸較大,無法進(jìn)行擠壓固定,因此設(shè)計(jì)了專用的壓緊和吸附零件的墊盤和墊環(huán),解決了零件精加工過程中的裝夾問題。
3.2.2 消除應(yīng)力熱處理
本零件在加工時(shí)安排了兩次消除應(yīng)力熱處理,在零件2 mm和1 mm余量時(shí)分別進(jìn)行低溫時(shí)效,使加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和微觀應(yīng)力逐步釋放,改善零件組織的切削性能,控制零件加工過程中的變形,防止產(chǎn)生微裂紋[2]。為控制消除應(yīng)力熱處理過程中的零件變形,消除應(yīng)力時(shí)要將零件用工裝夾緊,水平放置在熱處理爐的有效加熱區(qū)內(nèi),如圖2所示。
圖2 消除應(yīng)力熱處理夾緊示意圖
3.2.3 優(yōu)化切削參數(shù)
精車和精磨零件時(shí)要反復(fù)切削,嚴(yán)格控制進(jìn)刀量,同時(shí)保證切刃鋒利,加工余量剩余較少時(shí)更換新的刀片和修整砂輪,并用切削液進(jìn)行充分冷卻。精加工前盡量少留余量,使應(yīng)力盡量在精加工前釋放,精加工時(shí)多次進(jìn)刀,控制加工應(yīng)力的再次產(chǎn)生,從而將零件變形控制在圖紙要求的精度之內(nèi)。
3.2.4 零件厚度兩大面主要加工過程
根據(jù)圖紙分析,零件的高精度要求全部集中在兩側(cè)大面上,因此兩側(cè)大面的加工是本零件加工過程中最關(guān)鍵,也是難度最大的一步。在零件的兩組孔的位置上預(yù)先加工小孔徑的工藝螺紋安裝孔,將墊環(huán)通過螺紋孔安裝在零件上。首先安裝右側(cè)墊環(huán),與零件右端圓形凸臺(tái)平齊,共同作為支撐及加工基準(zhǔn)。通過立車及圓平磨將右側(cè)基準(zhǔn)修平,平面度小于0.01 mm;找正后精車左側(cè)大面,留余量0.2 mm,然后通過右側(cè)吸附墊環(huán)的磁性將零件吸附在磨床工作臺(tái)上,找正零件到0.005 mm以內(nèi),精磨左側(cè)大面。同理,將墊環(huán)通過螺紋孔安裝在左側(cè)大面上,精修基準(zhǔn),找正零件到0.005 mm以內(nèi),精車及精磨右側(cè)大面,保證圖紙要求。精加工過程中墊環(huán)的安裝示意圖如圖3所示。
圖3 墊環(huán)安裝示意圖
3.2.5 精密孔加工
渦輪盤轉(zhuǎn)接段上端精密孔孔徑公差0.01 mm,位置公差φ0.02 mm,因此需要采用坐標(biāo)鏜床加工,選用硬質(zhì)合金刃具,采用打中心孔、擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔的加工順序,保證了精密孔的加工要求。根據(jù)工件的裝夾要求,鏜孔分兩次進(jìn)行,第一次鏜孔留有加工余量,加工后的孔用于零件車削及磨削加工時(shí)的裝夾,第二次鏜孔安排在最后工序進(jìn)行,避免了零件加工變形對(duì)精密孔尺寸及位置公差的影響[3]。
薄壁件的變形控制和精度保證一直是機(jī)械加工中的瓶頸問題,尤其是本零件材料難加工、易變形,且零件精度要求非常高。本文論述加工的零件經(jīng)檢測(cè)完全滿足圖紙要求,且在多次高速長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)子疲勞試驗(yàn)中應(yīng)用良好。以上論述表明,根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)科學(xué)的加工工藝路線,采取合理的工藝方案,可以有效解決薄壁零件加工時(shí)的變形和精度問題。
[1]劉 峻.薄壁零件的加工工藝研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2011(3):58-60.
[2]宋育紅.薄壁零件的變形分析和加工精度控制[J].機(jī)床與液壓,2011,42(14):194-195.
[3]姜雪梅,劉紅偉,趙鵬飛.新結(jié)構(gòu)渦輪盤機(jī)械加工及變形控制技術(shù)研究[J].工藝與檢測(cè),2014(11):127-129.
Research on Processing Technology of An Aeroengine Turbine Switching Section For Tests
YU Yong-tao,HAO Chang-ming
(AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang Liaoning 110015,China)
An aeroengine turbine switching section is designed for fatigue tests of the aeroengine rotator,includes the higher design accuracy,the thinner wall thickness,the bigger proportion between diameter and thickness,the more difficult processing.It elaborates the difficult points,confirms the processing technology lines,designs the appropriative process equipments,solves the deformation problems and the qualified part is produced.More detailed technological measures are carried out,summarizes the whole processing and accumulates some processing experiences for later high-accuracy and thin-walled parts.
switching section;thin-walled thickness;deformation;technological measures
TH162.1
A
1672-545X(2017)09-0034-03
2017-06-02
于永濤(1987-),男,遼寧朝陽人,碩士,工程師,主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造技術(shù)研究;郝長(zhǎng)明(1979-),男,吉林東豐人,學(xué)士,高級(jí)工程師,主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造技術(shù)研究與生產(chǎn)管理。