一至六級雙翼渦輪盤榫槽加工工藝研究

萬秀屏 邊景全 孫愛鵬

摘? 要：某新型發動機低壓渦輪轉子一至六級渦輪盤是典型的雙翼渦輪盤新型結構，零件結構、形狀較為復雜，其中榫槽精度要求高，通過拉削工藝方法加工完成。榫槽連接輪盤與葉片，在高溫條件下工作，不僅承受很大的離心力、彎曲應力、剪切力等綜合作用，而且葉片葉身是否能夠保持規定的位置和方向也取決于榫槽的精度。因此保證渦輪盤榫槽的加工質量，提高零件合格率至關重要。本文通過掌握雙翼渦輪盤榫槽加工變形控制技術和變形規律，提高零件尺寸精度，拉削變形影響范圍過程受控，解決目前零件合格率低的技術難題。

關鍵詞：雙翼渦輪盤;榫槽拉削;變形控制;工藝方案

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著科學技術的不斷發展，在新型航空發動機中，盤類零件材料的性能不斷提高，榫槽結構更是多樣化、復雜化，榫槽精度和表面粗糙度要求越來越嚴格，導致工藝性較差，特別是新機中出現多種結構榫槽，沒有成熟經驗，刀具強度設計難度更大，拉削過程中崩刀現象更為嚴重，因此對榫槽拉削技術提出了更高的要求，如何提高拉刀使用中的強度，有效保證榫槽拉削質量，已經成為拉削制造技術上的關鍵，研究盤類零件的結構特點，保證拉削后榫槽的位置精度和尺寸精度已經成為盤類零件研制過程中首要任務。本技術攻關主要工藝改進措施包括：統計分析榫槽拉削前后零件尺寸的變化情況和變化趨勢，調整零件榫槽拉削方案、拉刀結構、拉刀材料、拉削夾具、拉削速度等加工工藝方案，提升雙翼渦輪盤件榫槽的拉削技術水平，有效地減少加工中的變形。

1 研究目標

1.1 設計要求

低壓一至六級雙翼渦輪盤零件直徑大（Φ800mm～890mm）;材料均為高溫合金IN718，屬于難加工材料，各級輪盤榫槽槽型“Ω”型，多圓弧轉接，榫槽尺寸小、數量多，開口小，內腔寬，制造精度要求高。高溫合金材料切削性差，拉削力大，增加了拉刀結構和強度設計難度。技術要求：

（1）各級盤110個～130個處榫槽均布，榫槽中心距公差±0.07;（2）第一榫槽與最后榫槽之間弦長偏差為+0.02

-0.14;（3）榫槽精度高，面輪廓度為0.025mm;（4）榫槽工作面在榫槽對稱平面方向的相互偏移不大于0.02mm。

1.2 拉削的特點

利用拉刀的結構形狀和尺寸精度，通過拉床刀座的直線運動，在牽引力或推力的作用下，使刀具一次通過工件表面，完成榫槽等復雜型面的一種加工方法稱為拉削。拉削是一種高精度、高效率、高復雜程度可最終一次成型的機械加工方法，拉削加工屬于多刃刀具同時進行切削加工。拉刀的制造精度直接影響零件的精度。雖然拉削速度較低，但這種加工方式，生產效率很高，可以同時完成粗加工和精加工，一次成型。

盤類件榫槽拉削一直還是加工中的難點，對零件拉削工藝提出較高要求。榫槽結構復雜，尺寸精度嚴格，榫槽表面粗糙度要求高，刀具制造難度大，刀具壽命提高較難，拉削過程中拉削力大，榫槽拉削后零件易變形，很難保證設計圖紙技術要求。

2 加工工藝方案

2.1 拉削方案選擇

雙翼渦輪盤的榫槽槽形小，拉刀容屑槽較短，拉槽中卷屑嚴重，排屑困難，易打刀。在拉削商發渦輪盤榫槽時采用漸切法和成型法相結合的拉削方式，采用成套拉刀共14把，一次拉削成型。第1把～10把為開槽刀，第11把精拉槽口度面及直口，第12把拉槽底R，第13把精拉齒形刀（綜合型面精刀），第14把是備用精刀。

2.2 拉刀材料結構

根據渦輪盤材料的性質，拉刀修磨后盡可能減少金屬的黏附，提高拉刀的耐用度和使用壽命。拉刀材料選用高性能的高速鋼M42（W2Mo9Cr4VCo8），其硬度、耐磨性和耐熱性雖不如硬質合金，但強度、韌性和工藝性能優于硬質合金。拉刀前角15°、后角3°、定型齒1.5° 。

2.3 拉刀參數選擇

拉削齒升量：以往粗開槽刀的齒升量均為0.05mm～0.06mm，但由于低壓渦輪盤榫槽尺寸小，采用常規的齒升量，拉刀極易產生崩齒，調整粗拉刀的齒升量為0.022mm～0.035mm;拉槽底圓弧刀0.015mm;精拉齒型刀為0～0.02 mm。

2.4 拉削夾具選擇

增強一至六級渦輪盤榫槽拉削夾具剛性，夾具定位采用軸向壓緊方式：盤心為徑向基準，榫槽其中一側端面和安裝邊端面為軸向基準，壓緊榫槽另一側端面，角向定位為安裝邊上孔。夾具裝夾最困難的是一和六級渦輪盤，壓蓋與壓緊定位面只有1mm～2mm距離，定位困難，拉削方向受限，增加壓蓋厚度和增加加強筋，最終增強夾具剛性。六級渦輪盤結構特殊，除具有榫槽外還有篦齒，為防止拉削過程中磕傷篦齒，拉槽前要預留加工工藝余量;篦齒先單邊預留0.5mm余量，拉削后再車篦齒，有效地預防碰劃傷，最終保證符合設計圖紙的技術及尺寸要求。

拉榫槽后零件整體變形較大，榫槽拉削后去除余量多，零件圓周內部組織斷裂，應力重新均衡后超差情況較大，拉槽后盤心尺寸變小，先加工的二級盤出現零件抱緊榫槽夾具現象，無法卸下零件;后續采取措施是各級盤心尺寸加工到圖紙要求的中上差，避免夾具無法卸下。

2.5 拉削速度選擇

在拉刀的切削用量中，只有拉削速度是能進行調整的，拉削速度不僅直接影響生產效率，而且對拉刀耐用度和渦輪盤表面質量也有相當大的影響。經實驗，高溫合金材料只有在低速拉削時方能獲得最佳拉削質量，拉削速度應選擇3m/min以下，一般取1m/min～2m/min的拉削速度，可取得較好的表面質量，零件變形也相對較小。

2.6 拉削技術要求

（1）拉削正式零件前，需用拉削試驗件的方法調整機床，合格后才允許加工真件;（2）新制造拉刀和刃磨后的拉刀在投入工作前需要在試件上進行試拉，經投影合格后方可使用;（3）成型拉刀每拉削兩個盤件，需要在試件上拉削末槽，經投影檢查合格后方可繼續拉削零件;（4）拉刀刃磨前需要投影檢查，以確定刃磨拉削的榫槽是否合格。

2.7 拉削使用設備

采用進口數控高速側拉床HOFFMAN，主驅動功率135kW，額定拉力25t，最大行程7500mm。

2.8 榫槽技術條件檢測

（1）榫槽中心距的檢測。榫槽中心矩是規定榫槽徑向位置尺寸，是控制榫槽到輪盤中心線的距離的重要尺寸。需要在綜合測具上測量，榫槽中心距的百分表在標準件上對零，然后在轉接器上測量該百分表的偏差值得到中心距;（2）榫槽輪廓尺寸的檢測。投影儀是榫槽輪廓度檢測的主要儀器，榫槽的輪廓公差、齒形、轉接圓弧、角度、齒距尺寸等，通常采用光學投影檢查試件的方法，選用臥式投影儀，按照榫槽圖樣繪制50倍放大圖。檢查時，將投影試件放在投影儀上，投影面為槽進口處，保持尖邊，調節物距，使投影清晰;放大圖放在投影板上，調節試件和投影板位置，使榫槽基面與放大圖的基面重合;榫槽的影像應落在放大圖的輪廓公差帶內，榫齒的工作面應平直，轉接圓弧應圓滑轉接，對比輪廓是否合格，R轉接是否合格，圓滑轉接等。在放大圖上比對，該方法測量精度較高，可以較好地評價榫槽尺寸精度。投影儀和放大圖應保持良好狀態，定期由計量部門按標準樣件進行檢定;（3）榫槽扭角的檢測。在測量榫槽扭角時，需要將綜合測具上測量扭角的百分表在標準件上對零，然后在轉接器上測量該百分表的偏差值是否在合格的范圍內，該偏差值的范圍在設計綜合測具時將扭角的角度公差轉換成為一定長度上弦長的變化量;（4）榫槽工作面在對稱平面方向的相互偏移不大于0.02mm。由合格拉刀保證，檢測拉刀合格證;（5）第一榫槽與最后榫槽之間弦長偏差為+0.02

-0.14，使用公法線千分尺檢測;（6）榫槽位置度的檢測，使用公法線千分尺檢測。

結語

2017年低壓一至六級渦輪盤零件合格率為95%，達到預期設定目標。通過對雙翼渦輪盤的工藝攻關，優化了工藝路線，雙翼渦輪盤榫槽變形問題得到了一定的控制，為型號研制和交付需要提供了保證。

參考文獻

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