周 輝 孔祥水 宋碧秋

(中航動(dòng)力株洲航空零部件制造有限公司 湖南·株洲 412002)

1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

渦輪機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵部位，它與壓氣機(jī)機(jī)匣和中介機(jī)匣，內(nèi)置燃燒室、火焰筒、燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器等部件相連接，工作溫度約為320℃。

某型號(hào)渦輪機(jī)匣是其中最具代表性的一個(gè)零件。其外觀如下：

該機(jī)匣最小壁厚為0.8mm，由前安裝邊、后安裝邊和機(jī)匣壁焊接組成的，屬于典型的薄壁焊接件，焊接技術(shù)是關(guān)鍵，同時(shí)零件剛性差，加工過(guò)程中極易產(chǎn)生變形，尺寸及位置精度很難保證。尤其是小頭安裝邊上3個(gè)7H7的孔相對(duì)于基準(zhǔn)A、B、C的位置度誤差要求不大于0.05，其中基準(zhǔn)A為大安裝邊安裝面，基準(zhǔn)B為大安裝邊上的3個(gè)7H7的孔，基準(zhǔn)C為3個(gè)7H7中的角度為0°的孔。這一要素成了我們零件試制的攔路虎，久攻不下。

2 零件材料特性及加工特點(diǎn)

2.1 零件材料特性

前安裝邊的材料為Z5CNU17-04，是馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，它具有較高的強(qiáng)度、耐腐蝕，抗氧化和可焊性，適用于制造 400℃以下的高強(qiáng)度耐蝕零件。相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)牌號(hào)0Cr17Ni4Cu4Nb。

后安裝邊的材料EZ3NCT25是Fe-25Ni-15C基高溫合金，加入鉬、鈦、鋁、釩及微量硼綜合強(qiáng)化。相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)牌號(hào)GH2132。在650℃以下具有高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度，并且具有很好的加工塑性和滿意的焊接性能，適合制造在650℃以下長(zhǎng)時(shí)間工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫承力部件。

機(jī)匣壁和凸臺(tái)的材料為NC22DNb，是以鉬、鈮為主要強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金，相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)牌號(hào)GH625。具有優(yōu)良的耐腐蝕和抗氧化性能，從低溫到980℃均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，并且耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕。

2.2 高溫合金與不銹鋼的切削加工特點(diǎn)

（1）刀具磨損劇烈，刀具壽命下降。

（2）加工硬化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，已加工表面硬化程度可達(dá)基體硬度的1.5～2倍。

（3）切削時(shí)容易粘刀，增加切削加工難度。

（4）切屑硬而韌，不容易被折斷，造成切削過(guò)程中切屑處理很麻煩。

（5）切削力大。

（6）切削溫度高，車(chē)削GH2132時(shí)，在一樣的切削條件下，切削溫度大約為45鋼的1.5～2倍。

3 渦輪機(jī)匣加工過(guò)程簡(jiǎn)介

工藝流程：配套-鉗工-超聲波清洗-鉗工-自動(dòng)氬弧焊-X光-時(shí)效處理-鉗工-超聲波清洗-自動(dòng)氬弧焊-X光-穩(wěn)定處理-滾壓兩焊縫-校正-車(chē)端面-車(chē)安裝邊-鉆定位孔-沖孔去毛刺-配套-修配-超聲波清洗-手工氬弧焊-校正-X 光-檢驗(yàn)-配套-打磨-手工氬弧焊-吹砂-檢驗(yàn)-熒光檢查-檢驗(yàn)-車(chē)工-數(shù)車(chē)小頭-數(shù)車(chē)大端外圓及端面-數(shù)銑凸臺(tái)-數(shù)銑各孔-攻螺紋-數(shù)銑孔定位-攻絲-數(shù)銑孔定位-攻螺紋-磨削小安裝邊-數(shù)銑孔小頭-數(shù)銑大頭-去毛刺-熒光-檢驗(yàn)-配套-安裝襯套-終檢-超聲波清洗。

4 零件試制中出現(xiàn)的問(wèn)題

工序名稱(chēng) 出現(xiàn)的問(wèn)題 原因分析自動(dòng)氬弧焊 反面焊縫超寬，有未熔合和氧化現(xiàn)象1.焊接規(guī)范不當(dāng)2.反面氬氣未保護(hù)好數(shù)銑代替鉗工鉆孔 4.1孔徑超差，由于在斜面上加工孔，刀具容易漂移手工氬弧焊1.一個(gè)凸臺(tái)整圈氧化 反面氬氣未保護(hù)好2.焊工操作不方便，操作空間不夠 焊接夾具設(shè)計(jì)不夠合理鉗工1.凸臺(tái)的位置校正困難2.凸臺(tái)位置度測(cè)具只能測(cè)量孔的位置度，計(jì)量工作量大1.焊接變形大2.測(cè)具設(shè)計(jì)不合理X光檢驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)凸臺(tái)焊縫內(nèi)部裂紋 1.焊前零件清理得不干凈2.焊接參數(shù)選用不當(dāng)熒光檢查 發(fā)現(xiàn)凸臺(tái)焊縫表面微裂紋 焊接參數(shù)選用不當(dāng)數(shù)車(chē) 內(nèi)孔 260+0.081 0圓度超差 零件裝夾變形數(shù)銑 13+0.2 0孔離大端面的距離偏小 零件沒(méi)有裝到位數(shù)銑 3－ 6+0.15 0的位置度超差 1.零件定位面不平2.零件裝夾變形數(shù)銑3孔 7H7相對(duì)于小頭三孔的位置度超差，要求為 0.05，實(shí)際為0.058 1.夾具設(shè)計(jì)不夠合理2.零件裝夾變形數(shù)銑3孔 7H7相對(duì)于大端3孔 7H7的位置度超差，要求為 0.05，實(shí)際為0.062 1.夾具設(shè)計(jì)不夠合理2.零件裝夾變形

通過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響渦輪機(jī)匣加工質(zhì)量的主要因素是凸臺(tái)焊接和精密小孔的加工。

5 影響凸臺(tái)焊接和精密小孔加工質(zhì)量的原因分析與工藝改進(jìn)

X光與熒光檢查發(fā)現(xiàn)渦輪機(jī)匣最多的焊接缺陷是裂紋。裂紋是最嚴(yán)重的一種缺陷，它不但減少接頭的有效工作面積，降低接頭強(qiáng)度，還由于裂縫有一個(gè)尖銳缺口、將引起較大的應(yīng)力集中，因而能引起裂縫的繼續(xù)擴(kuò)展，由此導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件的突然斷裂。特別是承受動(dòng)載時(shí)，這種缺陷是很危險(xiǎn)的。所以焊接接頭中如有裂縫，必須鏟除補(bǔ)焊。產(chǎn)生裂紋的原因很復(fù)雜，下面是它的原因分析魚(yú)刺圖。

將凸臺(tái)焊接產(chǎn)生裂紋的主要原因確定為焊前零件清理不干凈和焊接參數(shù)選用不夠合理。影響精密孔的加工精度的主要措施是消除裝夾變形，提高零件剛度，決定從以下幾方面進(jìn)行工藝改進(jìn)。

5.1 焊接方面的工藝改進(jìn)

針對(duì)焊縫裂紋的問(wèn)題，采取措施一、重新調(diào)整焊接規(guī)范；措施二、嚴(yán)格要求鉗工工序?qū)⒘慵w打光并清理干凈。采取以下措施：

（1）從工藝規(guī)程上改進(jìn)，將定位焊與連續(xù)焊分成兩步進(jìn)行；

（2）申請(qǐng)連續(xù)焊接夾具，原焊接夾具只作為定位焊接用；

（3）定位焊接以后、連續(xù)焊接之前增加一道鉗工工序，利用位置度測(cè)具校正凸臺(tái)的位置；

（4）改進(jìn)凸臺(tái)位置度測(cè)具，增加測(cè)量凸臺(tái)端面位置度及傾斜度的測(cè)量面；

（5）要求定位點(diǎn)焊的焊點(diǎn)不能太大，一定要能被連續(xù)焊縫所覆蓋。

5.2 為消除零件裝夾變形采取的措施

由于渦輪機(jī)匣是薄壁零件，加工過(guò)程中很容易產(chǎn)生變形，采取措施如下：

（1）提高零件定位面的平面度，增加鉗工研磨大端面；

（2）因?yàn)榱慵ㄎ粓A有橢圓，加大夾具定位孔的尺寸，保證零件能自如地放進(jìn)夾具，不致引起裝夾變形；

（3）修整夾具的支靠面，不平度小于0.01mm；

（4）操作者在壓緊零件時(shí)，沿圓周對(duì)稱(chēng)均勻壓緊作用力盡量保持一致。

5.3 為提高精密孔的位置度而采取的措施

加工零件前后安裝邊上3圈精密孔。為了保證位置度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采取過(guò)定位提高定位精度，防止零件變形，同時(shí)提高夾具的制造精度，合理選擇切削用量的措施。

（1）工件的六點(diǎn)定位原理以及過(guò)定位。一般情況下，應(yīng)該避免使用過(guò)定位，然而對(duì)于渦輪機(jī)匣這種剛性差而精度要求比較高的零件來(lái)說(shuō)，為了提高定位精度，則必須使用過(guò)定位。

此外，由于渦輪機(jī)匣是薄壁件，剛性差，零件的變形容易使孔的位置度發(fā)生變化，采用三個(gè)定位孔過(guò)定位的方法有利于防止零件因變形而造成的位置度偏移。這種具有一定概率特性的綜合效應(yīng)，就是多孔定位能獲得高定位精度的根據(jù)。但是為了防止過(guò)定位出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)定位件的尺寸、形狀和位置精度必須嚴(yán)格要求。而工件定位基準(zhǔn)也必須具備足夠的精度。當(dāng)定位可能出現(xiàn)緊度時(shí)，其局部接觸應(yīng)力和工件結(jié)構(gòu)上的變形，都必須在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行。而且裝卸工件時(shí)的作用力應(yīng)適當(dāng)。

（2）通過(guò)夾具定位精度提升并選擇合理的切削用量，裝夾時(shí)注意作用力一致，能夠加工出合格零件。

6 結(jié)束語(yǔ)

某型號(hào)渦輪機(jī)匣的試制現(xiàn)已取得了階段性的進(jìn)展，已經(jīng)通過(guò)了客戶的首件認(rèn)證，并已拿到了批生產(chǎn)訂單。為新機(jī)研制打下了基礎(chǔ)，也為以后加工類(lèi)似薄壁焊接件積累了經(jīng)驗(yàn)。