某型機試驗用渦輪盤轉接段加工工藝研究

于永濤，郝長明

（中國航發沈陽發動機研究所，遼寧 沈陽110015）

某型機試驗用渦輪盤轉接段加工工藝研究

于永濤，郝長明

（中國航發沈陽發動機研究所，遼寧 沈陽110015）

某型機渦輪盤轉接段是為發動機轉子疲勞試驗設計，設計精度高，壁薄，直徑厚度比大，加工難度較大。通過分析，闡述了零件的加工難點，確定了加工工藝路線，設計了專用工裝，有效地解決了變形問題，加工出了合格零件。加工過程中采取了很多工藝措施并進行總結，為高精薄壁零件的加工積累了一定經驗。

轉接段；薄壁；變形；工藝措施

渦輪盤轉接段用于航空發動機轉子疲勞試驗，連接主軸和渦輪盤，工作轉速每分鐘1～2萬轉，用于500～600℃高溫環境下，需要傳遞較大扭矩，且連續工作時間數百小時，裝配空間有限，因而其厚度很薄、精度很高，技術條件異常嚴格。同時因零件需要較好的力學性能，導致零件材料的切削性能較差，給加工帶來較大難度。

1 渦輪盤轉接段加工工藝性分析

1.1 零件結構工藝性分析

渦輪盤轉接段結構形式及主要尺寸如圖1所示。

圖1 某型機渦輪盤轉接段結構示意圖

由圖1可知，渦輪盤轉接段屬于薄壁零件，直徑達600 mm，厚度僅為5 mm，直徑厚度比例達120∶1，兩側大平面形位公差0.01 mm，壁厚公差0.02 mm，尺寸精度及公差要求異常嚴格，加工過程中很容易產生變形，加工難度極大。

1.2 零件材料分析

渦輪盤轉接段材料選用GH4169高強鍛件，具有良好的抗疲勞、抗氧化、耐腐蝕性能，在650℃以下的屈服強度居變形高溫合金首位，在高溫條件下有良好的化學穩定性和強度，是一種綜合性能良好的高溫合金，已在宇航及航空工業中獲得了極為廣泛的應用。

GH4169時效處理后硬度較高，切削阻力大，導熱性差，易粘刀，加工過程中很容易產生冷作硬化，加工難度較大，且GH4169沒有磁性，無法吸附在工作臺上，給磨削加工增加了難度。

2 工藝方案設計

2.1 劃分加工階段

渦輪盤轉接段加工過程可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。粗加工時要去除大部分加工余量，進行鍛件性能及金相組織檢測，釋放鍛造應力；半精加工階段要進一步去除余量，使加工余量均勻分布，同時通過熱處理等方式釋放加工應力，修正零件變形；精加工階段要控制和優化工藝參數，通過工藝措施保證零件的圖紙要求[1]。

2.2 規劃工藝路線

根據渦輪盤轉接段的結構及材料特性，規劃零件的主要加工工藝路線如下：

鍛件毛坯→粗車→超聲波探傷→熱處理→半精車→消除應力熱處理→半精車→消除應力熱處理→數控精車→鏜工藝孔→安裝工裝→精磨基準→精磨左側表面→安裝工裝→精磨基準→精磨右側表面→精車凸臺→鏜孔→靜平衡→熒光檢查→終檢→入庫。

3 加工難點及解決措施

3.1 加工難點分析

渦輪盤轉接段的主要加工難點在于零件直徑大，壁厚薄，精度高，加工過程反復變形，很難保證圖紙要求。

3.2 解決措施

3.2.1 選擇合理的裝夾方式

因本文加工的零件為薄壁盤類零件，為避免夾緊力對零件變形的影響，在車削和磨削過程中均采用軸向壓緊的方式進行裝夾。因零件材料GH4169沒有磁性，無法吸附在工作臺上，且外圓尺寸較大，無法進行擠壓固定，因此設計了專用的壓緊和吸附零件的墊盤和墊環，解決了零件精加工過程中的裝夾問題。

3.2.2 消除應力熱處理

本零件在加工時安排了兩次消除應力熱處理，在零件2 mm和1 mm余量時分別進行低溫時效，使加工過程中產生的殘余應力和微觀應力逐步釋放，改善零件組織的切削性能，控制零件加工過程中的變形，防止產生微裂紋[2]。為控制消除應力熱處理過程中的零件變形，消除應力時要將零件用工裝夾緊，水平放置在熱處理爐的有效加熱區內，如圖2所示。

圖2 消除應力熱處理夾緊示意圖

3.2.3 優化切削參數

精車和精磨零件時要反復切削，嚴格控制進刀量，同時保證切刃鋒利，加工余量剩余較少時更換新的刀片和修整砂輪，并用切削液進行充分冷卻。精加工前盡量少留余量，使應力盡量在精加工前釋放，精加工時多次進刀，控制加工應力的再次產生，從而將零件變形控制在圖紙要求的精度之內。

3.2.4 零件厚度兩大面主要加工過程

根據圖紙分析，零件的高精度要求全部集中在兩側大面上，因此兩側大面的加工是本零件加工過程中最關鍵，也是難度最大的一步。在零件的兩組孔的位置上預先加工小孔徑的工藝螺紋安裝孔，將墊環通過螺紋孔安裝在零件上。首先安裝右側墊環，與零件右端圓形凸臺平齊，共同作為支撐及加工基準。通過立車及圓平磨將右側基準修平，平面度小于0.01 mm；找正后精車左側大面，留余量0.2 mm，然后通過右側吸附墊環的磁性將零件吸附在磨床工作臺上，找正零件到0.005 mm以內，精磨左側大面。同理，將墊環通過螺紋孔安裝在左側大面上，精修基準，找正零件到0.005 mm以內，精車及精磨右側大面，保證圖紙要求。精加工過程中墊環的安裝示意圖如圖3所示。

圖3 墊環安裝示意圖

3.2.5 精密孔加工

渦輪盤轉接段上端精密孔孔徑公差0.01 mm，位置公差φ0.02 mm，因此需要采用坐標鏜床加工，選用硬質合金刃具，采用打中心孔、擴孔、鏜孔、鉸孔的加工順序，保證了精密孔的加工要求。根據工件的裝夾要求，鏜孔分兩次進行，第一次鏜孔留有加工余量，加工后的孔用于零件車削及磨削加工時的裝夾，第二次鏜孔安排在最后工序進行，避免了零件加工變形對精密孔尺寸及位置公差的影響[3]。

4 結束語

薄壁件的變形控制和精度保證一直是機械加工中的瓶頸問題，尤其是本零件材料難加工、易變形，且零件精度要求非常高。本文論述加工的零件經檢測完全滿足圖紙要求，且在多次高速長時間轉子疲勞試驗中應用良好。以上論述表明，根據零件的具體結構，設計科學的加工工藝路線，采取合理的工藝方案，可以有效解決薄壁零件加工時的變形和精度問題。

[1]劉 峻.薄壁零件的加工工藝研究[J].機械研究與應用，2011（3）：58-60.

[2]宋育紅.薄壁零件的變形分析和加工精度控制[J].機床與液壓，2011，42（14）：194-195.

[3]姜雪梅，劉紅偉，趙鵬飛.新結構渦輪盤機械加工及變形控制技術研究[J].工藝與檢測，2014（11）：127-129.

Research on Processing Technology of An Aeroengine Turbine Switching Section For Tests

YU Yong-tao，HAO Chang-ming
（AECC Shenyang Engine Research Institute，Shenyang Liaoning 110015，China）

An aeroengine turbine switching section is designed for fatigue tests of the aeroengine rotator，includes the higher design accuracy，the thinner wall thickness，the bigger proportion between diameter and thickness，the more difficult processing.It elaborates the difficult points，confirms the processing technology lines，designs the appropriative process equipments，solves the deformation problems and the qualified part is produced.More detailed technological measures are carried out，summarizes the whole processing and accumulates some processing experiences for later high-accuracy and thin-walled parts.

switching section；thin-walled thickness；deformation；technological measures

TH162.1

A

1672-545X（2017）09-0034-03

2017-06-02

于永濤（1987-），男，遼寧朝陽人，碩士，工程師，主要從事航空發動機零部件制造技術研究；郝長明（1979-），男，吉林東豐人，學士，高級工程師，主要從事航空發動機零部件制造技術研究與生產管理。