高溫合金薄壁零件加工工藝研究

摘 要：高溫合金材以其良好的工藝性廣泛使用在航空等各個領域，但材料本身的組織結構，決定其必然在材料切削領域中極具有挑戰性的。文章就GE航空發動機內部典型高溫合金薄壁系列零件：如鎳基合金軸承轉子封嚴圈系列零件的加工工藝進行深入的研究

關鍵詞：機械加工工藝；鎳基高溫合金；薄壁

本論文內容主要包含以下兩個部分：

（1）概述部分：介紹GE公司軸承后旋轉密封件的結構特點和加工工藝難點；（2）工藝路線及機械加工：針對零件結構特點和加工難點論述零件加工工藝和機械加工過程；

1 GE典型航空薄壁零件結構分析

高溫合金材合金材料在各種系列航空發動機內廣泛使用，其輕質量化及大推重比，決定發動機內部零件需盡量采用薄壁零件，尤其是高溫合金零件。本文就GE航空發動機部分典型薄壁零件進行深入分析。

1.1 典型零件軸承轉子封嚴圈

1.2 零件材料及特點

1.2.1 鎳基高溫合金

鎳基高溫合金是以鎳為基體在650-1000°C范圍內，正是由于鎳基高溫合金特點，其材料被大量用于航空發動機中的高溫下長期工作的發動機零件。

1.2.2 工藝難點

該系列零件為薄壁零件，車加工時，零件大端止口及小端圓跳容易變形，銑加工時，零件輪廓度超差，不容易合格，熱噴涂后，零件小端圓跳超差。研制時遇到的具體問題如下：

（1）精車小端工序，精車內外圓時，由于內應力的釋放，造成大端基準平面度及圓度狀態較差，于是，小端外圓加工完成后跳動超差嚴重，一次加工不合格率在80%以上。

（2）銑加工花工序，花邊壁厚為2.54mm，數量為24-28處，輪廓度要求相對A，B，C基準不大于0.25mm，技術條件嚴格，一次加工不合格率達50%以上。

（3）修基準工序，大端基準圓度尺寸超差嚴重，不合格率約占20%，由于基準圓度超差，導致最終機加工序-修基準時找正困難，部分零件已無余量修基準。

（4）車涂層工序，熱噴涂造成發生變形嚴重，導致車削后涂層的跳動超差嚴重，即使在約束條件下，不合格率也在50%以上。

2 加工工藝研究

2.1 工裝和刀具選擇

工裝：工裝的好壞直接決定零件的加工精度，尤其對于高溫合金薄壁類零件，于是選擇合適的工裝至關重要。針對高溫合金薄壁件加易變形的特點，就以下幾個方面對工裝進行了考慮：

（1）結構剛性。工裝本身要具有足夠的剛性，確保零件裝夾后能夠承受足夠的切削力，不能存在加工中的零件竄動，且必須有輔助支撐部件，在不存在過定位的情況下，盡可能的支承住零件易變形位置。

（2）結構靈活性。便于裝夾，結構簡便，拆卸方便，尤其時具有有輔助支承的夾具，常常需要在加工中進行裝卸，為降低工人的勞動強度，提高加工效率，需要設計輕便快捷的輔助支承模塊。

刀具：鎳基高溫合金是一種難切削材料，在加工中這兩種材料很容易產生親和，因此應選用涂有相對耐磨涂層的刀具，防止在切削中，刀具磨損過快，而造成零件表皮硬化，尺寸超差。

2.2 工藝路線

由于零件整體結構為薄壁環形件，極易變形，故考慮車加工應考慮粗精分開，車加工完成后進行銑加工，而后對零件進行修零件基準，然后進行噴涂，最后安排車削涂層。

2.3 車加工的攻關

針對制定好的工藝路線，對車加工進行了研制攻關：

研制初期零件余量安排：粗加工余量為4.5-8mm，半精加工單邊余量為2mm，精加工單邊余量為1mm。

研制初期零件加工方法：

（1）粗加工，采取四爪卡盤夾緊零件，直接用焊接刀進行去除余量。

（2）半精加工：采用數控臥車進行車削，機夾刀片去除零件余量。

（3）精加工：采用數控臥車進行車削，機夾球刀片去除零件余量。

研制初期所遇到的問題：

（1）精車小端工序，精車內外圓時，由于內應力的釋放，造成大端基準平面度及圓度狀態較差，于是，小端外圓加工完成后跳動超差嚴重，小端內圓跳動要求0.05mm，加工后實際為0.12mm，外圓跳動要求0.10mm，加工后實際為0.12mm。

（2）修基準工序，大端基準圓度尺寸超差嚴重，加工余量為0.254mm，但零件本身噴涂后基準跳動為0.2mm，最小余量處理論上只有0.05mm，但零件基準A平面度為0.1mm，零件夾緊及松開時，都會產生一定的變化，保證基準±0.025mm的公差十分困難。

拆分零件的加工工序，將銑花邊及銑加強筋分為兩道工序。

夾具方面：自制銑加工夾具，加工時，零件的大端向上：通過以上方法解決了，因刀桿過長問題，導致加工時，刀具震動，刀具打刀的現象。同時在加工時發現另一問題，加工時，零件僅有止口定位，無法將零件固定住，加工時存在零件竄動現象，這樣我們做了兩組銷子及在夾具上鉆孔。

3 加工工藝總結和推廣

此次對高溫合金零薄壁件的加工工藝方法的一次改進總結，發現了一些高溫合金零薄壁件的加工工藝方法，如何合理安排零件工藝路線，選用合適的工裝，選用合適刀具進行加工，安排合理的走刀路線；除此之外，也對刀具對零件加工中應用的重要性有所認識，這些方法和措施也會推廣到GE公司其它的高溫合金薄壁零件的研制中去，不斷摸索與創新。

參考文獻

[1]金屬切削手冊.技術中心金屬研究室.

[2]金屬切削技術指南.山特維克可樂滿.

[3]西門子編程教程.

[4]AMS4132.美國航空材料標準.

[5]機械零件設計手冊[M].北京：機械工業出版社.

[6]UG 6.0 編程手冊.