某型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇盤超大榫槽高效拉削工藝研究

隋景叢 孟震威

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 概述

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)扇盤的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，特別是大尺寸的榫槽機(jī)械加工也越來越受到關(guān)注。榫槽和榫頭是連接輪盤與葉片的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，榫槽的加工質(zhì)量對(duì)于輪盤有著至關(guān)重要的意義。本文對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇盤超大榫槽高效拉削技術(shù)進(jìn)行了深入的探討和分析研究，該項(xiàng)研究成果，使大型榫槽數(shù)控高效拉削技術(shù)、大型榫槽數(shù)控投影檢查技術(shù)獲得提升。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

某型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇盤零件材料為TC4鈦合金，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，最大外徑Φ607.4mm，軸向長(zhǎng)度208mm，基準(zhǔn)孔的位置度精度為0.025mm，共30個(gè)榫槽，榫槽尺寸55×33.2mm，拉削長(zhǎng)度達(dá)152mm，形位公差要求較高，面輪廓度為0.02mm，垂直度0.02mm，榫槽進(jìn)出口差小于0.05mm，徑向偏差0.05mm，首槽位置度0.1mm，拉削及檢測(cè)難度極大，其三維模型示意見圖1所示，其技術(shù)難點(diǎn)包括如下四個(gè)方面：

圖1 風(fēng)扇盤UG模型

（1）榫槽大、精度高、拉削長(zhǎng)度長(zhǎng)、拉削力大，拉削精度難以保證，導(dǎo)致拉刀數(shù)量較多、排列難度大。如果采用單工位拉床進(jìn)行拉削，由于需要多次換刀必然導(dǎo)致拉削效率的降低。

（2）采用徑向找正夾具，拉削過程中會(huì)由于榫槽13°扭角的作用使零件產(chǎn)生一定的周向分力，當(dāng)周向分力大于壓緊力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生周向累積誤差，造成首末槽均布超差。

（3）基準(zhǔn)輪廓公差僅為0.02mm，在20倍放大圖中不易分辨，基準(zhǔn)找正困難，耗時(shí)長(zhǎng)且精度較差。

（4）常規(guī)投影儀的投影屏幕直徑為1米，榫槽的投影一般選用20-50倍的放大倍率，對(duì)于風(fēng)扇盤大型榫槽的檢測(cè)全輪廓投影檢測(cè)無法一次完成。

3 拉削設(shè)備

為滿足零件拉削需要，設(shè)備選用能夠提供160KN最大拉力的高速臥式側(cè)拉床，其單次拉削行程7500mm，共10個(gè)刀盒按每排2盒共5排分布，單盒拉刀長(zhǎng)度為320mm。該拉床的特點(diǎn)是：數(shù)字化程度高，配備刀庫(kù)，具有自動(dòng)換刀系統(tǒng)可以一次裝刀完成所有榫槽的拉削。

4 大型榫槽的拉削

對(duì)于榫槽的拉削，首先要確定拉削方案，由于大榫槽拉削余量極大，拉削中采用了分塊式及半成型式相結(jié)合的綜合拉削方案，見圖2所示。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：粗拉刀采用分塊式拉削方案，拉削余量大，拉刀長(zhǎng)度縮短，節(jié)省拉刀材料，生產(chǎn)率高；精拉刀采用半成型式拉削方案，使拉刀及表面粗糙度的綜合性能得到提高。為使24把拉刀在全程拉削過程中，路徑最短，必須使自動(dòng)換刀次數(shù)最少。刀具采用M42高速鋼材料，通過增大容屑槽、減少齒增量等方法，有效的減少了拉削力，設(shè)計(jì)拉刀總長(zhǎng)達(dá)18.292米，占用三排共6個(gè)刀盒，分別經(jīng)過拉削投影試件、拉削調(diào)整機(jī)床試件及拉削零件三個(gè)步驟完成零件的拉削。

圖2 拉削方案圖

拉床夾具的設(shè)計(jì)上考慮到零件質(zhì)量大、尺寸大的特點(diǎn)，單純的軸向壓緊不足以消除零件自重帶來的誤差，故采用了徑向漲緊式的自定心結(jié)構(gòu)，在圓周方向增加四處漲緊模塊，并軸向壓緊，角向采用銷孔定位。這種定位夾緊方式定位精度高，可防止零件周向竄動(dòng)，可明顯提高榫槽的位置度精度，是盤類件拉削中的最優(yōu)方案。

在進(jìn)行調(diào)整試件的拉削中，使用上下雙管噴淋式澆注冷卻潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑方式，通過調(diào)整不同的拉削進(jìn)給速度來進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，這里分別選取1.5m/min、3m/min和5m/min的拉削速度，拉削后的表面粗糙度情況分別為Ra0.8有劃痕、Ra0.8輕微劃痕和Ra0.8狀態(tài)良好。

在完成投影試件和調(diào)整機(jī)床試件的拉削，并檢驗(yàn)合格后，便可進(jìn)行真實(shí)零件的拉削，拉削中，切屑自然卷曲，呈緊密的柱型螺旋狀，屑型理想，整個(gè)拉削過程平穩(wěn)，未出現(xiàn)“啃刀”現(xiàn)象，刀齒間過渡較好，由于拉刀末端帶有一段修光刃，使得拉削后表面在保證尺寸精度的前提下，大大提高了表面質(zhì)量，未出現(xiàn)明顯的接刀痕跡。下表中列出了部分尺寸及技術(shù)條件的檢測(cè)結(jié)論，結(jié)論均符合設(shè)計(jì)要求。

5 檢測(cè)方法

5.1 縮小基準(zhǔn)輪廓公差法

該方法是將拉削榫槽投影板用單線取代雙線輪廓作為投影基準(zhǔn)的創(chuàng)新理念。隨著高精度拉刀磨床的引進(jìn)，拉刀的錐面基準(zhǔn)制造精度越來越高，根據(jù)我們的投影經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合轉(zhuǎn)包設(shè)計(jì)圖的理念，在投影放大圖中我們大膽采用了將基準(zhǔn)輪廓公差±0.01的兩條輪廓線，縮小公差變成一條細(xì)實(shí)線的投影原則。這種方法有兩大優(yōu)點(diǎn)：①解決了由于基準(zhǔn)輪廓公差小，在20倍放大圖中看不清的問題，因?yàn)榛鶞?zhǔn)輪廓20倍放大間隙=0.02*20=0.4mm，線形寬度0.15-0.20mm，所以如果劃成兩條實(shí)線，判斷合格輪廓區(qū)域很難。②解決了榫槽基準(zhǔn)不宜找正的難題。如果劃成兩條實(shí)線，基準(zhǔn)找正困難，投影對(duì)正時(shí)間長(zhǎng)，改為一條細(xì)實(shí)線后，找正極為容易，大大縮短了投影檢查試件的時(shí)間。

5.2 輪廓公差分區(qū)域檢測(cè)法

行業(yè)內(nèi)數(shù)控投影儀的投影屏幕直徑通常為1米，為了解決大榫槽的投影無法一次顯示在幕板之上，開發(fā)了輪廓公差分區(qū)域檢測(cè)法，為高精度、大榫槽的檢測(cè)開辟了新路。由于榫槽較大，放大后的整個(gè)輪廓公差無法同時(shí)在投影板中顯示，我們將其分割為兩個(gè)部分，把超出投影板的部分位移到可檢測(cè)的區(qū)域中，同時(shí)在投影放大圖中以坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，檢測(cè)時(shí)，先檢測(cè)未移動(dòng)的輪廓部位，合格后，再按照移動(dòng)的坐標(biāo)點(diǎn)，在數(shù)控投影儀中進(jìn)行設(shè)定，按照設(shè)定的程序，投影儀可自動(dòng)到達(dá)位移后的輪廓帶部位進(jìn)行檢測(cè)。

表1 榫槽拉削檢測(cè)數(shù)據(jù)

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)風(fēng)扇盤超大榫槽高效拉削工藝的研究，摸索出了大型鈦合金榫槽的最佳拉削方案和投影檢測(cè)方案。在具備刀庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)控拉床上，實(shí)現(xiàn)了拉削過程無人干預(yù)。提升了盤類件制造技術(shù)能力，縮小了與世界先進(jìn)國(guó)家的差距，對(duì)增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]唐耿林.航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)發(fā)展及趨勢(shì)[J].航空科學(xué)技術(shù)出版社，1997.3

[2]王超，朱德強(qiáng).燕尾槽形榫槽拉刀的應(yīng)用研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，第51卷第4期

[3]姜雪梅.高速拉削工藝的研究與應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2003年第3期