某型機外涵承力環精益加工研究

郭春艷

摘 要：本文以某型航空發動機外涵承力環為典型零件，介紹了腐蝕工藝、熱處理工藝在鈦合金材料中的應用，介紹了縮短鈦合金零件加工周期的方法，同時還介紹了在數控加工中利用層銑刀提高數控銑加工效率的技術。根據腐蝕工藝和熱處理工藝的工藝特點，通過調整加工余量的方式，改變熱處理工藝和腐蝕工藝的工藝順序，從而杜絕了零件的半精加工工序，縮短了零件的工藝路線，提高了零件的加工效率，縮短了零件的加工周期。解決了鈦合金零件冗長的工藝路線的問題，為今后鈦合金零件的加工技術提供參考。

關鍵詞：鈦合金；腐蝕工藝；熱處理工藝；層銑刀

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

1引言

鈦合金材料具有高強度重量比，耐腐蝕，耐熱性強等特點，是航空發動機的普遍通用的金屬材料之一。遵循客戶對航空產品的高質量要求，通常鈦合金零件要進行腐蝕工藝和熱處理工藝。傳統加工工藝比較繁瑣，工藝路線比較長。在高效技術加工的前提下，傳統加工工藝有待調整和優化。通過大量的現場調查，并針對調查結果召開專家分析會，最后針對鈦合金零件研究出了新的加工方法。本文以外涵承力環為例，介紹了一種鈦合金材料的新型加工技術。

2 工藝路線安排

2.1傳統加工方法

腐蝕工藝與熱處理工藝在工藝路線的安排上，考慮以下幾點：首先，由于熱處理工藝后零件變形量難以控制，通常熱處理工藝預留加工余量在單邊3mm左右，而腐蝕工藝要求零件預留余量盡可能小，達到單邊余量1mm以內為最佳腐蝕工藝狀態。因此，腐蝕工藝通常安排在熱處理工藝之后。

其次，熱處理工藝之后產生的氧化層影響腐蝕檢查的效果，并且腐蝕工藝要求零件表面粗糙度較高，為Ra1.6以內，因此，零件熱處理工藝后，要求安排機械加工工序，即半精加工工序，然后再進行腐蝕工藝，以便去掉零件熱處理過程表面產生的氧化層，同時提高零件加工表面粗糙度。

第三，腐蝕工藝對零件表面已經造成了腐蝕，因此零件在腐蝕工藝之后，需要對零件所有表面再進行機械加工，即，精加工工序，以便去除掉腐蝕層。

綜上所述，傳統工藝中，熱處理工藝安排在腐蝕工藝之前，熱處理工藝和腐蝕工藝之間要進行半精加工工序，腐蝕工藝之后安排精加工工藝，工藝路線如下：

粗加工-熱處理-半精加工-腐蝕-精加工

2.2新型加工方法

新型工藝加工方法，從縮短零件的工藝路線著手，達到縮短整個零件的加工周期，以便降低零件的加工成本。最基本調整加工工藝方案是，考慮將腐蝕工藝調整到熱處理工藝之前，即：粗加工-腐蝕-熱處理-精加工，減少了半精加工過程（包括車、銑加工）。這樣一來，需要解決三方面問題：

第一，零件加工變形問題。零件在熱處理后，變形量控制在1mm以內，即滿足腐蝕工藝對零件腐蝕表面余量1mm的要求。

第二，確定零件腐蝕工藝之后，零件表面殘留的腐蝕液對熱處理加熱爐不產生化學反應。

第三，熱處理工藝之后是否產生增氫，是否需要安排氫含量檢測及除氫工藝過程。

3 現場調查

3.1熱處理現場調查

經過對熱處理工藝的現場大量調查總結如下：

第一，零件表面殘留的腐蝕液在干燥狀態下對熱處理加熱爐不產生化學反應，因此在加工余量允許的前提下，可以考慮腐蝕工藝安排在熱處理工藝之前。

第二， 600℃以下的穩定熱處理工藝幾乎不產生增氫量，不需要檢測氫含量超標問題，因此，如果腐蝕工藝安排在熱處理工藝之前，并不存在氫含量重復檢測的問題。

第三，在熱處理過程中，通過調整零件在熱處理爐中的擺放方式，可以減小零件在熱處理中產生的熱變形量。

另外，為了減小熱處理后零件產生的變形量，在零件粗加工過程中調整加工參數，使加工過程中不產生應力集中的現象。

3.2機加現場現狀調查

經過對零件實際加工狀態大量數據的調查，總結如下：

通過改變零件的加工方式，及加工余量分布，使零件的變形量控制在0.65mm范圍內。這樣，零件在熱處理工藝之前的加工余量控制在單邊1mm，滿足腐蝕工藝的工藝要求。

經過上述現場調查分析后，可以調整腐蝕工藝到熱處理工藝之前。這樣，零件的加工中就可以去掉半精加工工序，大量的縮短了零件的加工工藝路線，從而縮短了零件的加工周期。因此，解決問題的核心轉變為控制零件的變形上來。

以外涵承力環為例，針對上述調查結果，召集冶金工藝、熱處理工藝、腐蝕工藝等多部門的資深技術專家，根據現場調查結果進行討論，最后得出結論：

在變形量可控范圍內，保證腐蝕工藝要求的加工余量1mm的前提下，加工工藝路線可以將腐蝕工藝安排在穩定熱處理工藝之前進行。這樣，對材料為TC4的零件外涵承力環進行了簡單的工藝調整：

改進前工藝路線：粗車端面內孔及試件-粗車端面外圓-粗銑型面-穩定處理-修基準-半精車小端-半精車大端-半精銑型面-腐蝕檢查-車基準-精車大端…… （其余工藝部分未示出）。

結語

針對鈦合金零件的加工，腐蝕工藝可以安排在時效熱處理工藝之前，這樣有利于縮短零件的工藝路線，從而縮短零件的加工周期。其次，鈦合金零件在銑加工中，采用飛碟銑刀加工要優于傳統的玉米銑刀加工，有利于提高銑加工效率，降低零件制造成本。

采用新加工技術加工的外涵承力環，成果有三方面：

（1）減小了零件的變形，避免了銑加工接刀痕的產生，杜絕了鉗工打磨零件的現象；

（2）飛碟銑刀在鈦合金零件中的應用，較傳統銑加工提高銑加工效率25.92%；

（3）縮短了零件的制造周期，由原來的68天縮短到30天。

參考文獻

[1]劉保庫，詹德培.鈦合金加工技術研究[J].新技術新工藝，2009.

[2]楊冠軍.鈦合金研究和加工技術的新進展[J].鈦工業進展，2001（03）.