某轉(zhuǎn)子葉片輥軋工藝

喬思佳李深亮

（1.駐黎明發(fā)動(dòng)機(jī)公司軍代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110043；2.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）

某轉(zhuǎn)子葉片輥軋工藝

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片葉身型面采用精密冷輥軋工藝制造是葉片制造技術(shù)的一大進(jìn)步。它不僅使加工技術(shù)簡(jiǎn)化，更重要的是可使葉片的機(jī)械性能、產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能得到提高。因此，這項(xiàng)技術(shù)得到世界上航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的高度重視。在美國(guó)，20世紀(jì)50年代末就開(kāi)展了葉片精密輥軋技術(shù)研究并應(yīng)用于生產(chǎn)。俄羅斯將輥軋技術(shù)應(yīng)用于三代機(jī)高溫合金壓氣機(jī)葉片制造已二、三十年，目前仍在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)廣泛應(yīng)用。在我國(guó)20世紀(jì)60年代末，中航工業(yè)黎明在全國(guó)率先開(kāi)展了馬氏體不銹鋼高速錘擠壓、輥軋復(fù)合形變熱處理新工藝的試驗(yàn)研究，并獲得成功。近些年又研制成功了某高溫合金轉(zhuǎn)、靜子葉片已批量生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐表明，精密冷輥軋技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造是先進(jìn)的、成功的，使用是可靠的。

1 葉片結(jié)構(gòu)分析及工藝路線制定

（1）結(jié)構(gòu)特性分析。某轉(zhuǎn)子葉片具有圓弧形榫齒、大緣板、進(jìn)排氣邊緣呈仿棰形、型面嚴(yán)重彎曲等特點(diǎn)。葉片圓弧形結(jié)構(gòu)的榫齒，齒型節(jié)點(diǎn)尺寸嚴(yán)格，加工難度大，裝夾、定位穩(wěn)定性差；大緣板結(jié)構(gòu)增加毛料鍛件的鍛造難度和輥軋過(guò)程咬口的咬入位置的控制；進(jìn)排氣邊緣彎曲嚴(yán)重，在輥軋過(guò)程中影響金屬的流動(dòng)性。（2）加工工藝路線。工藝路線：毛料鍛件→榫齒加工→精軋葉型→型面邊緣加工→榫頭及緣板加工→熱處理→無(wú)損檢查→表面處理。

2 輥軋毛料設(shè)計(jì)

（1）確定軋制變形量。較小的軋制變形量可以降低輥軋難度、減少裂紋出現(xiàn)、減輕設(shè)備和工裝的磨損。但較小的變形量增加了軋制前鍛件的精度要求，因此軋制變形量確定為30%～45%。（2）鍛件毛料設(shè)計(jì)。鍛件采用等比例余量的板狀葉身設(shè)計(jì)，即在葉片同一截面上具有相同的比例余量，采用此結(jié)構(gòu)的葉片鍛件具有軋制穩(wěn)定，變形量均勻的優(yōu)點(diǎn)。在軋制過(guò)程中，進(jìn)、排氣邊緣軋制的變形量接近，金屬的流速基本相等，兩側(cè)的軋制力接近平衡，可以減少軋制過(guò)程中的側(cè)彎。此外，依據(jù)體積不變?cè)恚瑢⑷~身型面長(zhǎng)度進(jìn)行縮短計(jì)算，減少材料消耗，板狀葉身設(shè)計(jì)也降低鍛造難度。

3 輥軋模具設(shè)計(jì)與制造

（1）前滑系數(shù)確定。葉片輥軋過(guò)程中，前滑系數(shù)與材料的類(lèi)型、狀態(tài)以及軋輥的直徑等因素有關(guān)，常規(guī)的方法是采用軋制平板坯料的試驗(yàn)所確定的。在葉片軋制過(guò)程中，根據(jù)材料前滑系數(shù)對(duì)軋機(jī)軋輥與夾頭的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)整。（2）旋轉(zhuǎn)中心確定。確定旋轉(zhuǎn)中心是使葉片型面上各點(diǎn)在軋制過(guò)程中盆、背兩側(cè)面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心具有相對(duì)平均的線速度，其誤差在軋制過(guò)程中通過(guò)調(diào)整來(lái)修正。（3）進(jìn)排氣邊緣處理。葉片進(jìn)排氣邊緣的空間曲線，增加了模具氣邊緣的處理難度，邊緣處理的結(jié)果不適合，容易在葉片邊緣形成褶皺。在延伸時(shí)需要設(shè)計(jì)人員在三維模型中反復(fù)修整，直至完善。（4）輥軋模具的制造。葉片輥軋模具采用Cr12MoV的棒材，通過(guò)三墩三拔鍛造成環(huán)形毛坯，以保證其內(nèi)部的組織致密。鍛件采用粗車(chē)→磨內(nèi)圓→磨基準(zhǔn)面→粗銑葉型輪廓→熱處理→精加工基準(zhǔn)→切斷扇面→精銑輥軋型面→人工拋光→磁力探傷等工序進(jìn)行加工。模具采用熱處理后進(jìn)行精加工，防止了熱處理過(guò)程中的型面變形，因此，模具型面可以獲得加高的精度。

4 型面輥軋加工的調(diào)整技術(shù)

葉片型面的成型精度與輥軋機(jī)狀態(tài)、輥軋模具設(shè)計(jì)水平與制造精度、鍛件結(jié)構(gòu)形式、軋制變形量、軋制方向、軋制成型速度、潤(rùn)滑條件以及材料自身的特性變化等諸多因素有關(guān)，在軋制葉片的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)要求背離的現(xiàn)象，主要靠人工修模來(lái)解決。在修模前可使用葉片與軋模之間的調(diào)整，解決葉片在輥軋過(guò)程中產(chǎn)生的型面?zhèn)葟潯⑵啤⒐瓘潯⒁胛恢貌粶?zhǔn)確等技術(shù)問(wèn)題。（1）水平方向移動(dòng)的調(diào)整。水平方向的調(diào)整主要是解決葉片榫頭位置與葉身向進(jìn)排氣邊方向的偏移、葉盆與葉背型面錯(cuò)移的問(wèn)題，在葉片的主要表現(xiàn)形式是葉盆或葉背面的進(jìn)、排氣一側(cè)透光。錯(cuò)移產(chǎn)生的原因：上、下軋輥中心位置產(chǎn)生錯(cuò)移。調(diào)整方法：調(diào)整上、下兩個(gè)軋輥或調(diào)整任意一個(gè)軋輥的水平位置。（2）軸方向移動(dòng)的調(diào)整。在軋制過(guò)程中，咬口實(shí)際位置與理論位置不重合，容易撞傷或咬傷榫頭或葉片型面不正確。錯(cuò)移產(chǎn)生的原因：葉片夾頭長(zhǎng)度誤差、軋模角度誤差與軋機(jī)裝配誤差等原因。調(diào)整方法：調(diào)整軋機(jī)上夾具伸縮位置。（3）繞軸向旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。葉片軋制過(guò)程中，榫頭與葉身與理論型面的分為兩種情況：①葉身整體相對(duì)于榫頭中心偏轉(zhuǎn)，②葉根位置正確而葉尖偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原因：葉片夾頭與軋模的型面的相對(duì)位置不正確。調(diào)整方法：主要是上對(duì)活動(dòng)機(jī)架上部的仿形機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。（4）豎直方向移動(dòng)的調(diào)整。在葉片軋制過(guò)程中常出現(xiàn)葉身相對(duì)于榫頭中心向葉盆或背方向偏移。產(chǎn)生的原因：葉片夾頭的中心與輥軋模具的中心不在同一水平位置。調(diào)整方法：只有通過(guò)葉片夾頭來(lái)調(diào)整榫頭Y方向位置。在夾頭上使用偏心鍵來(lái)調(diào)整Y方向的位置。（5）繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。葉片的軋制過(guò)程中，常出現(xiàn)葉片型面在進(jìn)排氣方向上的出現(xiàn)側(cè)彎。產(chǎn)生的原因：葉片毛料的邊緣厚度不協(xié)調(diào)或者葉片中心與輥軋方向形成偏角。調(diào)整方法：調(diào)整夾頭轉(zhuǎn)角。（6）繞水平軸旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。在葉片軋制后出現(xiàn)葉身相對(duì)于榫頭扭轉(zhuǎn)的情況，表現(xiàn)為：葉身余量偏向葉盆或葉背。產(chǎn)生的原因：裝夾葉片的夾頭向上或向下傾斜或者上下軋模的旋轉(zhuǎn)線速度不一致。調(diào)整方法：通過(guò)固定角度塊來(lái)調(diào)整。通過(guò)采用調(diào)整技術(shù)，使輥軋過(guò)程簡(jiǎn)單化，縮短了葉片軋制的周期，降低了模具修整的難度。

5 葉片檢測(cè)

（1）幾何尺寸及理化檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，采用輥軋工藝軋制的葉片型面幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)圖及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)成品葉片進(jìn)行理化檢測(cè)，榫頭、R轉(zhuǎn)接、葉身縱橫向晶粒度都達(dá)到10級(jí)或更細(xì)，晶粒度明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求，力學(xué)性能指標(biāo)高于標(biāo)準(zhǔn)要求約20%。（2）葉片振動(dòng)疲勞性能。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)某轉(zhuǎn)子輥軋與數(shù)控銑兩種葉片以650MPa為考核應(yīng)力進(jìn)行疲勞測(cè)試，輥軋葉片循環(huán)次數(shù)明顯優(yōu)于數(shù)控銑葉片。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)坯料的設(shè)計(jì)與制備、輥軋工藝路線的制定、輥軋模具的設(shè)計(jì)與制造、輥軋工藝過(guò)程的調(diào)整以及葉片加工的全過(guò)程，所生產(chǎn)的葉片與采用數(shù)控方法加工的葉片進(jìn)行疲勞對(duì)比試驗(yàn)，表現(xiàn)出其抗疲勞性能的優(yōu)異性，同時(shí)具有成本低、效率高的特點(diǎn)。

[1]劉艷.葉片制造技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

喬思佳1李深亮2

（1.駐黎明發(fā)動(dòng)機(jī)公司軍代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110043；2.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）

本文論述了某合金轉(zhuǎn)子葉片采用輥軋工藝研制過(guò)程中進(jìn)行的葉片特性分析、工藝路線確定、輥軋工藝參數(shù)選擇、輥軋坯料設(shè)計(jì)、輥軋模具設(shè)計(jì)與制造、輥軋過(guò)程調(diào)整等方面開(kāi)展技術(shù)研究。

葉片；輥軋；工藝路線；坯料設(shè)計(jì)；模具設(shè)計(jì)

TG156

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