(中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，四川成都市，610500）楊光喬雷張世貴

國(guó)外某燃?xì)廨啓C(jī)渦輪部件是國(guó)內(nèi)承接的首個(gè)燃機(jī)輪機(jī)的部件單元體，其對(duì)開機(jī)匣，是燃?xì)廨啓C(jī)渦輪部件轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵、重要承力部件，起到對(duì)轉(zhuǎn)子的支撐作用和對(duì)排氣機(jī)匣的連接作用。對(duì)開機(jī)匣主要承載燃?xì)廨啓C(jī)在工作狀態(tài)下的軸向和徑向載荷。對(duì)開機(jī)匣因其使用功能和所承載載荷，決定其具有結(jié)構(gòu)負(fù)載，重量、體積大，技術(shù)要求高等特點(diǎn)。

1 零件基礎(chǔ)情況

1.1 零件結(jié)構(gòu)特性

此零件沿縱向分上下兩極，重量約4500Kg，總長(zhǎng)為1755mm，最小內(nèi)徑為Φ298mm，最大外徑為Φ 1319mm；縱向安裝邊8處定位銷孔通過定位銷定位，采用48處螺栓連接上下兩級(jí)；前法蘭面共有6處鍵槽，通過鍵與排氣機(jī)匣進(jìn)行定位；通過供油和頂油回路對(duì)機(jī)匣內(nèi)腔進(jìn)行潤(rùn)滑；內(nèi)腔共有4處軸承裝配面，2處空氣封嚴(yán)配合面結(jié)。結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 零件結(jié)構(gòu)圖

1.2 零件材料特性

此零件毛坯為鑄鋼件，其力學(xué)性能室溫下最低抗拉強(qiáng)度47Ksi，最低0.2%屈服強(qiáng)度47Ksi。材料所含主要化學(xué)成分為碳、錳、磷、硫、硅，化學(xué)成分見表1。其加工性能良好，但因其材料中鉻、鎳化學(xué)成分含量很低，導(dǎo)致此材料易銹蝕。

表1 主要化學(xué)成分

1.3 零件尺寸特性

1.3.1 尺寸精度

直徑方向最小尺寸公差為±0.025；孔徑最小尺寸公差為±0.006；軸向最小尺寸公差為±0.025；最小槽尺寸公差為±0.025；深孔孔徑Φ12，深1015mm，長(zhǎng)徑比84.5：1，且為盲孔。

1.3.2 位置精度

直徑位置度最小為Φ0.05；孔徑最小位置度為Φ0.25；垂直度為0.05；槽輪廓度為0.05；深孔相對(duì)于零件旋轉(zhuǎn)中心軸線、裝配基準(zhǔn)面、裝配定位孔的位置度為Φ0.25。

1.3.3 表面精度

縱向結(jié)合面、軸承配合面、密封槽表面粗糙度均為Ra1.6。

1.3.4 裝配要求

由于此零件結(jié)構(gòu)為對(duì)開機(jī)匣，其主要與轉(zhuǎn)子、軸承、封嚴(yán)件相裝配，故要求其零件的回轉(zhuǎn)中心和縱向結(jié)合面與基準(zhǔn)面垂直，同時(shí)要求其回轉(zhuǎn)中心應(yīng)在零件的縱向結(jié)合面內(nèi)。回轉(zhuǎn)中心線與基準(zhǔn)面、縱向結(jié)合面之間位置關(guān)系見圖2。

圖2 回轉(zhuǎn)中心線與基準(zhǔn)面、縱向結(jié)合面之間位置關(guān)系

2 加工難點(diǎn)分析及解決方案

2.1 加工難點(diǎn)分析

2.1.1 找正和測(cè)量

零件具有總量、體積大，內(nèi)形面結(jié)構(gòu)復(fù)雜等結(jié)構(gòu)特性。因其結(jié)構(gòu)特性，零件在車加工工序中的傳統(tǒng)找正方式不便，需采用其他找正方式；車加工工序中因加工軸向深度約為880mm，考慮到零件的高度及夾具高度，測(cè)量人員需從月2000mm高下探到1120mm的位置進(jìn)行尺寸測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)量方法無法有效的進(jìn)行測(cè)量。

2.1.2 工藝路線確定

根據(jù)零件的裝配要求，需保證零件的回轉(zhuǎn)中心、零件基準(zhǔn)平面和縱向結(jié)合面三者之間的關(guān)系-即零件的回轉(zhuǎn)中心和縱向結(jié)合面與基準(zhǔn)面垂直，同時(shí)要求其回轉(zhuǎn)中心應(yīng)在零件的縱向結(jié)合面內(nèi)；零件內(nèi)腔尺寸為保證其即要滿足設(shè)計(jì)要求又要控制尺寸的一致性，需零件組合加工；零件外形尺寸在滿足設(shè)計(jì)尺寸要求條件下，為便于裝夾、加工，上下兩極客單獨(dú)加工，因此零件在整個(gè)制造過程中會(huì)經(jīng)過數(shù)次的組合、分解過程。這涉及到零件的基準(zhǔn)如何確定、如何提高裝分的重復(fù)準(zhǔn)確性等工藝問題，而這些工藝的確定均需通過工藝路線的合理安排來完成。

2.1.3 深孔加工及其毛刺去除

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要加工大量深孔，其中最具代表性的深孔為盲孔，其位置度為Φ0.25，孔徑Φ 12，孔深1015mm，長(zhǎng)徑比84.5：1，而且有3處相貫孔結(jié)構(gòu)。這對(duì)深孔的孔徑尺寸和位置度的控制及相貫孔口的毛刺去除帶來很大困難。

2.1.4 鍵槽加工

零件前端面均布6處鍵槽，該鍵槽通過鍵在裝配中實(shí)現(xiàn)零件與排氣機(jī)匣的定位連接。其相對(duì)于基準(zhǔn)的輪廓度為0.05，鍵槽根部距前端外圓距離為76mm，在保證尺寸要求的前提下，對(duì)加工方法提出更高的要求。

2.1.5 防銹

當(dāng)材料中鉻的含量在10%-12%時(shí)，在氧化性介質(zhì)的作用下，促進(jìn)了的鈍化，鋼的鈍化能力有顯著提升。而且當(dāng)鋼中ω（Cr）≧10.5%,鋼的鈍化形成的氧化膜中富集了鉻的氧化物，這種富鉻氧化膜具有尖晶石結(jié)構(gòu)，在許多介質(zhì)中有很高的穩(wěn)定性，使鋼的鈍化態(tài)保持穩(wěn)定。在鐵基材料中加入鎳，能提高材料的耐蝕性，當(dāng)鎳的原子百分?jǐn)?shù)為12.5%、25%是，耐蝕性有明顯的提高[1]。根據(jù)零件的材料特性，其鉻、鎳化學(xué)成分含量均不大于0.50%，由此可見零件易銹蝕，這就對(duì)零件生產(chǎn)制造、清洗、運(yùn)輸、貯存等環(huán)節(jié)的防銹提出更高要求。

2.1.6 表面粗糙度

零件的縱向結(jié)合面、軸承配合面、密封面表面粗糙度均為Ra1.6，而該表面尺寸精度要求高、切削面積大，需要刀具的有足夠的耐磨性。

3 解決方案

3.1 工藝路線確定

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特性，材料特性，尺寸特性，采用工序集中的原則，減少找正裝夾帶來的誤差。采用裝夾基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相同統(tǒng)一，減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換次數(shù)所帶來的的誤差；考慮到零件的回轉(zhuǎn)中心、零件基準(zhǔn)平面和縱向結(jié)合面三者之間的關(guān)系，其中基準(zhǔn)面和回轉(zhuǎn)中心均與縱向結(jié)合面有行為要求，故需在粗基準(zhǔn)建立后，首先加工保證縱向結(jié)合面，同時(shí)保證其平面度和粗糙度，并建立零件回轉(zhuǎn)中心和端面工藝基準(zhǔn)，并控制上下兩極結(jié)合面與粗基準(zhǔn)的尺寸即位置精度；考慮到裝分的重復(fù)定位精度，需組合加工定位銷孔和連接孔，采用間隙為0.005～0.025的帶引導(dǎo)錐的工藝銷與定位銷孔配合，以此實(shí)現(xiàn)工藝過程中的重復(fù)定位精度；因其裝配要求和結(jié)構(gòu)特性，需在組合狀態(tài)下車前、后端內(nèi)外形，同時(shí)控制零件的旋轉(zhuǎn)中心與縱向結(jié)合面的偏差及縱向結(jié)合面與基準(zhǔn)面的垂直度；為保證其裝配性和減少拆裝次數(shù)在組合車后，進(jìn)行組合加工前后端端面孔和槽；因在組合車、銑工序后零件的所有基準(zhǔn)均已建立，故可以進(jìn)行分解后內(nèi)外形鉆、銑加工。由此確定了零件總體工藝路線，詳見圖3。

圖3 工藝路線圖

3.2 找正和測(cè)量方法

3.2.1 找正方法

先車加工的夾具在車床上進(jìn)行初步的找正，零件通過夾具上的定位止口對(duì)零件進(jìn)行初定位，然后通過卡爪，在一定力矩下用限力扳手調(diào)整夾具位置，以此來達(dá)到車加工零件找正的目的。

3.2.2 測(cè)量方法

采用機(jī)床在線檢測(cè)的功能，由于受機(jī)床的在線監(jiān)測(cè)精度限制，在測(cè)量程序參數(shù)相同的條件下，通過監(jiān)測(cè)校驗(yàn)程序和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行效驗(yàn)，且為排除溫度差異的影響，每次校驗(yàn)、加工均需在熱機(jī)完成后進(jìn)行。以此達(dá)到對(duì)內(nèi)腔尺寸的測(cè)量目的。

3.3 深孔加工及其毛刺去除方法

3.3.1 深孔加工方法

在深孔入口端鏜深度為100mm的引導(dǎo)孔；在槍鉆前端設(shè)中部分別設(shè)置滑動(dòng)引導(dǎo)塊；采用油冷的內(nèi)冷方式，液壓力為2.5～3.5Mpa,流量為120～140L/Min，以達(dá)到良好的排屑效果，以此來保證深孔的孔徑尺寸和位置度要求。

3.3.2 毛刺去除方法

采用氣動(dòng)柔性反刮刀，配合內(nèi)窺鏡對(duì)相貫孔處的毛刺進(jìn)行去除。

3.4 鍵槽加工方法

為保證鍵槽的輪廓度要求和鍵槽的一致性，零件在組合狀態(tài)下，用龍門銑床和專用彎頭，采用粗、細(xì)精銑的方案，其中精加工采用高切削速度，低切削深度工藝，以此來保證鍵槽的輪廓度和一致性。

3.5 防銹措施

鑒于材料中鉻、鎳化學(xué)成分含量很低，零件易銹蝕的情況，在加工工序中采用油冷的方式，工序間的清洗選用洗烘一體的設(shè)備，用去離子水加溫清洗，并在清洗后進(jìn)行烘干，結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特性和材料特性，烘干時(shí)間不得少于3h。前后工序間隔4h以上時(shí)，需對(duì)零件涂抹防銹油。

3.6 表面粗糙度控制方法

由于控制縱向結(jié)合面、軸承配合面、密封面表面粗糙度，且切削面積大，這就需要刀具有很好的耐磨性和切削性。刀具增加涂層能使刀具基體上覆蓋硬質(zhì)、耐磨的金屬化合物薄膜，以此達(dá)到提高刀具表面的硬度和耐磨性[2]。故刀具基體材料采用硬質(zhì)合金，并涂覆材料為Ni-W-P的涂層；為有效降低切削熱對(duì)零件表面的影響，采用高壓內(nèi)冷的方式冷卻，以此提高刀具的耐磨性、使用壽命、降低切削熱對(duì)零件表面影響，最終達(dá)到表面粗糙度控制的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

此對(duì)開機(jī)匣在燃機(jī)的渦輪部件中起到支承轉(zhuǎn)子、密封、連接的重要作用。其具有體積、重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料易銹蝕，技術(shù)條件要求高，裝配要求嚴(yán)，表面精度高等系列特點(diǎn)。通過對(duì)零件的結(jié)構(gòu)特性、材料特性、尺寸特性的了解，結(jié)合其裝配要求和在整個(gè)部件中所起到的功用，分析出零件的加工難點(diǎn)。針對(duì)分析出的找正和測(cè)量、工藝路線確定、深孔加工及其毛刺去除、鍵槽加工、防銹、表面粗糙度控制等方面的難點(diǎn)，分別確定了總體工藝路線、找正測(cè)量方法、深孔加工及其毛刺去除方法、鍵槽加工方法、防銹措施、表面粗糙度控制方法，來解決零件加工中系列難點(diǎn)。達(dá)到對(duì)開機(jī)匣滿足設(shè)計(jì)要求和裝配要求。