高壓轉子組合鉆鉸孔工藝方法的研究

王洪明， 李希順

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，沈陽110043）

0 引言

高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸的組合件稱為高壓轉子，是渦扇發動機的重要組成部分，如圖1所示。高壓渦輪盤的壽命低于發動機的總壽命，而高壓渦輪轉子軸頸和高壓壓氣機軸與發動機總壽命相同，也就是說，當發動機工作一定時間后，需要更換高壓渦輪盤。高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸通過螺栓聯接，需保證高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸對應孔徑相同或高壓壓氣機軸孔徑比高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸大0.2 mm。但一般新更換高壓渦輪盤的螺栓孔徑與高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸螺栓孔徑不匹配，特別是新品高壓渦輪盤，需要用補充加工的方法將高壓渦輪盤的螺栓孔徑補充加工到與高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸相匹配的螺栓孔，這種方法是組合鉆鉸孔。

圖1 高壓轉子組合件

1 螺栓孔組合工藝方法簡介

1.1 氣門座圈孔和導管孔組合加工

1）分開加工的缺點。在加工中心將氣門座圈孔和導管孔分開加工，采用刮錐面及導管孔的方法，只能保證跳動在0.08 mm左右，導管孔的圓度及粗糙度也不是很好，不能達到新產品技術要求［1］。

2）組合加工。為了保證導管底孔的座圈底孔的同軸度要求，采用德國的MAPAL精密鏜銑刀對氣門座圈孔和導管孔進行組合加工，得到了較高的加工精度，極大地提高了加工的韌性［1］。

1.2 高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸的組合

1）對高壓渦輪盤進行預擴孔。新品高壓渦輪盤的孔徑都小于φ10 mm，而定位芯棒最小的為φ10 mm，因此需要對新品高壓渦輪盤預擴、鉸孔至定位芯棒相應組別，為后續的高壓渦輪轉子軸頸和高壓渦輪組合加工做準備。如圖2所示。

2）高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸組合加工。以原臺高壓渦輪轉子軸頸的螺栓孔為基準孔，對新品高壓渦輪盤進行擴、鉸孔，分幾次將新品高壓渦輪盤螺栓孔擴、鉸至與原臺高壓渦輪轉子軸頸的螺栓孔為同一組別，為后續的高壓渦輪轉子軸頸和高壓渦輪組合鉆鉸孔做準備，如圖3所示。

3）高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸組合鉆鉸孔。將高壓壓氣機軸側朝上，高壓渦輪盤放在高壓壓氣機軸上，高壓渦輪轉子軸頸放在高壓渦輪盤上，對高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸組合鉆鉸孔。如圖4所示。

2 工藝不足及原因分析

2.1 刃具選擇

新更換的高壓渦輪盤與高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸常會出現位置度不同，如圖5所示。因此需要擴孔和拋修的同時，還需要修正高壓轉子螺栓孔的位置度。但鉸刀主要用于鉸削工件上已鉆削（或擴孔）加工后的孔，主要是為了提高孔的加工精度，降低其表面粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小，不具備修正位置度的作用。

2.2 鉸孔傾斜

鉸刀具有一個或多個刀齒、用以切除已加工孔表面薄層金屬的旋轉刀具，具有直刃或螺旋刃的旋轉精加工刀具，但只有柱面有切削刃，端面沒有切削刃，如圖6所示。因此在加工過程中，端面無法切削掉金屬材料，在沒有導向的作用下，只能避讓。高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸組合鉆鉸沒有專用導向，起導向作用的是高壓渦輪轉子軸頸，但因為高壓渦輪轉子軸頸厚度偏薄，無法起到導向作用。因此，在對高壓渦輪轉子軸頸和高壓渦輪盤進行組合鉸孔時，最常出現螺栓孔傾斜現象，如圖7所示。

2.3 單件孔傾斜和不圓

出現螺栓孔不圓主要是鉸刀過長，剛性不足，鉸削時產生振動［2］。鉸孔后孔的中心線不直主要因為鉸孔工藝能部分地糾正孔的圓度誤差，但不能糾正孔軸線的歪斜［3］。并且導向不良，也使鉸刀在鉸削中易偏離方向［2］。

3 螺栓孔組合加工工藝方法改進用

3.1 刃具的選擇

針對鉸刀端面沒有切削刃而無法矯正螺栓孔位置度的問題，銑刀可以解決。因為銑刀單面有切削刃，可以利用端面切削金屬，矯正位置度，如圖8、圖9所示。

3.2 高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸銑削加工

1）原臺高壓渦輪盤坐標系測量。將原臺高壓渦輪盤與高壓壓氣機軸接觸面朝上，如圖10所示，測量每個螺栓孔的位置度，并將第“1”孔的位置放在X軸上。

2）銑削加工高壓渦輪盤。將測量的位置度輸入到數控銑床，并編制自動走刀程序。先在原高壓渦輪盤上檢查位置度的準確性并排除人為誤差。根據自動走刀程序，自動檢查每個螺栓孔的位置度，無誤后，換上待加工高壓渦輪盤，對螺栓孔實現銑削加工。

3）高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸銑削加工。將高壓渦輪盤與高壓渦輪轉子軸頸進預裝配，裝配后，按照上節的要求對每個螺栓孔進行加工，直至加工到指定尺寸位置。

3.3 高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸、高壓壓氣機軸組合鉆鉸孔

將銑削加工后的高壓渦輪盤、高壓渦輪轉子軸頸與高壓壓氣機軸進行預裝配，并對其進行組合鉆鉸孔，提高螺栓孔的精度。這樣既可保證螺栓孔的位置度、不傾斜，并且保證了螺栓孔的精度。

4 結論

1）提高了加工質量。用先銑削加工再組合鉆鉸方法代替直接組合鉆鉸，提高了高壓轉子螺栓孔組合加工的質量。很大程度上降低了組合鉆鉸螺栓孔時出現的螺栓孔不圓和螺栓孔的中心線不直的現象。

2）提高生產效率。用先銑削加工再組合鉆鉸方法代替直接組合鉆鉸，在保證技術要求的同時，大幅度地提高加工質量，提高了高壓轉子組合鉆鉸的成功率，進而提高了整體的效率。

3）降低成本。用先銑削加工再組合鉆鉸方法代替直接組合鉆鉸，很大程度縮短加工周期，降低工人勞動強度。更主要的是，直接用組合鉆鉸方法，會造成高壓渦輪盤螺栓孔傾斜而無法挽救，進而報廢。應用銑削加工后組合鉆鉸方法成功挽救4臺次高壓渦輪盤，并且成功率為100%，挽回經濟損失數百萬元。

［1］ 蔣偉群，張宗杰.氣缸蓋座圈錐面與導管孔組合加工工藝研究［J］.柴油機設計與制造，2004（1）∶39-41.

［2］ 劉麗珍，張永順.武器裝備機加過程中鉸孔問題研究［J］.中國軍轉民，2013（2）：38-39.

［3］ 謝軍.影響鉸孔質量的原因及工藝改進［J］.中國科技信息，2008（5）∶54-55.