航空發(fā)動機新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝研究

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

航空發(fā)動機新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝研究

林大力

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

隨著航空發(fā)動機推重比的提高，關(guān)重零件越來越多地采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，技術(shù)要求越來越高。在發(fā)動機設(shè)計中首次推出的盤與軸頸設(shè)計成為一體的新結(jié)構(gòu)是這種新結(jié)構(gòu)的典例。本文對航空發(fā)動機新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝進行了研究。

盤軸類零件；工藝性分析；工藝路線；封閉內(nèi)腔加工

隨著新型航空發(fā)動機性能的不斷提高，其關(guān)重零件越來越多地采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并大量采用鈦合金、高溫合金等難加工材料，加工工藝技術(shù)及裝備的改進和提升是必然的趨勢。新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝研究，來源于研制生產(chǎn)一線，綜合考慮了零件圖的要求，生產(chǎn)量，設(shè)備等生產(chǎn)條件之間的關(guān)系。

1 課題的提出及意義

在航空發(fā)動機中，為減少聯(lián)接面和止口的數(shù)量，提高聯(lián)接和裝配的可靠性，同時增加零件的整體剛性。設(shè)計采用了前軸頸與盤軸類零件一體化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，這是一種全新的盤軸結(jié)構(gòu)。這種新型整體結(jié)構(gòu)的盤軸類零件，型面復(fù)雜，尺寸精度要求高，技術(shù)條件要求苛刻，其深腔結(jié)構(gòu)敞開性極差，切削加工難度大。

2 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝性分析

2.1 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的簡介

新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件是航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子重要關(guān)鍵件之一。盤軸類零件的盤部前直口與盤組合件為過盈配合， 其后直口與盤組合件為過盈配合。在航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子裝配中起呈上啟下作用。盤軸類零件的基準表面C 在總裝中與中央錐的內(nèi)表面為過盈配合， 中央錐外表面與三支點的軸承內(nèi)鋼套配合， 基準表面D與中央錐的側(cè)面配合，同時頸部基準C、D是高壓壓氣機轉(zhuǎn)子的基準。內(nèi)腔中表面ΦC與端面與引氣零件配合。表面G與中央傳動的主動齒輪配合。

2.2 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的簡介

新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的材料為鈦合金TC17，模鍛件，屬難加工材料。其主要材料特點為：變形系數(shù)小、熱導(dǎo)率低、鈦合金材料的化學(xué)活性高、切削溫度高、導(dǎo)熱性差、單位面積上的切削力較大、刀具易磨損等特性。切削加工時熱量主要由刀具傳出，切削溫度高，粘刀現(xiàn)象嚴重，刀具粘接磨損及擴散磨損突出。

2.3 盤軸類零件的工藝性分析

新結(jié)構(gòu)盤軸類零件是高精度前軸頸和輪盤的復(fù)合體，兼容著盤與軸頸的雙重功效，這種特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)提高了航空發(fā)動機性能，加大了工藝加工難度，使工藝流程復(fù)雜、無損檢測種類齊全。新結(jié)構(gòu)盤軸類零件，作為航空發(fā)動機制造中難度最大的零件之一，有必要對其工藝性進行分析。

關(guān)鍵加工難點在于嚴格的形位公差，如何在加工中得到保證。設(shè)計圖紙技術(shù)條件中：要求控制在0.01內(nèi)的有3項，控制在0.013內(nèi)的有2項，控制在0.015內(nèi)的有4項。因這種薄壁結(jié)構(gòu)容易受各種切削力、噴涂、噴丸等加工過程影響產(chǎn)生變形，必須在工藝安排及加工過程中采取有效的措施防止變形對精度的影響。

關(guān)鍵加工難點之二是由前軸徑大端的幅板內(nèi)型面與輪盤幅板前側(cè)的型面形成的彎狀斜深槽的加工，這是以往所未見到的異常加工部位將。這個由盤與軸頸形成的封閉腔，切削中刀具和內(nèi)腔型面容易產(chǎn)生碰撞、干涉。特別是干涉處理，成為能否加工出完整、準確型腔的重要前提。必須設(shè)計特殊形狀的非標刀具，進行無人干預(yù)模擬仿真。

3 盤軸類零件工藝路線的制定

3.1 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的簡介

為減少和消除變形對精度的影響，保證整體盤軸類零件極為嚴格尺寸與形位公差，其工藝路線劃分為三個階段：粗加工階段，細加工階段，精加工階段。

3.2 工序的集中與分散

生產(chǎn)數(shù)量較小時，工序不宜分散，宜集中。工序集中有利于高效率的數(shù)控機床的安排，很多表面在一個工序中加工，便于保證較高的表面間相互位置的精度。隨著車銑復(fù)合加工中心設(shè)備的引進，為工序的集中提供了廣闊的發(fā)展空間，一次裝夾可完成精車、鏜孔、銑槽、插齒等多個工序，這是單一設(shè)備所無法達到的。

3.3 盤軸類零件常規(guī)工藝路線的分析

（1）為了保證在毛坯狀態(tài)及早發(fā)現(xiàn)材料缺陷，粗車之前安排了超聲波探傷工序，由于超聲波探傷的表面粗糙度要求較高，在超聲波探傷工序之前安排了車超聲波檢查面的工序。超聲波探傷工序的盲區(qū)余量單邊徑向余量≥4mm， 單邊軸向余量≥4mm。

（2）由于粗車切除的余量較大，切削力、切削熱以及內(nèi)應(yīng)力重新分布等因素引起的工件的變形就較大，為消除內(nèi)應(yīng)力，在粗加工之后安排了消除應(yīng)力熱處理工序。

（3）為進一步檢查材料缺陷，在消除應(yīng)力熱處理工序后，安排了X射線檢查工序。

（4）最終檢驗之后，安排了涂干膜潤滑劑、平衡等工序。

3.4 盤軸類零件車銑復(fù)合工藝路線的分析

銑車復(fù)合工序盡量安排在零件的精加工階段，也即零件的最終成形加工階段。粗加工或半精加工工序安排在常規(guī)設(shè)備上進行。這樣一方面可以規(guī)避高端設(shè)備資源緊張的情況，另一方面最大化的將車、銑、鉆、鏜等工藝集中，一次性加工完成工件大部分加工，提高零件加工精度。

3.5 兩種工藝分析

相對與常規(guī)工藝69道工序，車銑加工工藝只有50道工序，縮減了19道工序。通過粗車與細車合并，精車集中并與鉆鉸孔、銑槽等工序合并，工序的集中性顯著提高，加工精度與單件加工效率大大提高。

4 盤軸類零件封閉內(nèi)腔加工和走刀路線制定

4.1 加工方法的選擇

盤軸類零件的半封閉內(nèi)腔是盤軸一體件形成的特殊結(jié)構(gòu)，是由實心模鍛件加工形成，加工余量大，材料的導(dǎo)熱性差，是該件加工的難點和重點，尺寸要求較精密且難以測量，加工中需要選擇非標準的合金刀具和機夾刀具進行加工。

4.2 盤軸類零件內(nèi)腔的粗加工

盤軸類零件內(nèi)腔的粗加工，由于加工余量大，選擇剛性和穩(wěn)定性較好的合金刀具，使用排刀圖進行車加工，提供穩(wěn)定和高效的去除材料的效果，使用較大的切屑參數(shù)以提高加工效率，節(jié)省加工時間，為零件批量生產(chǎn)確定穩(wěn)定的加工參數(shù)和刀具消耗。

4.3 盤軸類零件內(nèi)腔的精車加工

盤軸類零件的精車內(nèi)腔加工，選擇適用于加工TC17材料的機夾刀具和刀片，刀柄具有較好的剛性和穩(wěn)定性，刀片具有較好的耐熱性和加工穩(wěn)定性，同時有較好耐磨性，能保證高速加工時達到零件的尺寸要求和質(zhì)量要求。

[1]張耀宸.機械加工工藝設(shè)計實用手冊[M].航空工業(yè)出版社，1993.

TH12 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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