大型鈷基高溫合金機(jī)匣新件研制

史韻琦 趙 宇 關(guān) 寧 曹 琳

（1.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽市萬事達(dá)汽車改裝廠，遼寧 沈陽 110043）

該零件外形均由曲面構(gòu)成，壁厚為3.175mm，外圓型面上有八個(gè)大島嶼與一個(gè)小島嶼，在前端面有144處孔，徑向孔有20處。在零件后端面有160處孔，徑向孔有21處，并有21處花邊。針對(duì)零件在加工中受到零件材料難加工，及零件型面復(fù)雜的制約，我們進(jìn)行了大量的研制工作。本篇論文論述了高壓渦輪機(jī)匣加工研制的整個(gè)過程。

本論文內(nèi)容主要包含以下兩個(gè)部分：

a.概述部分：介紹GE公司大型鈷基高溫合金機(jī)匣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝難點(diǎn)；

b.工藝路線及機(jī)械加工：針對(duì)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工難點(diǎn)論述零件加工工藝和機(jī)械加工過程。

1 零件及加工概述

1.1 零件結(jié)構(gòu)

高壓渦輪機(jī)匣為鈷基高溫合金環(huán)形靜止零件，輪廓以曲面為主，最大外徑尺寸φ1137mm，高116.497mm，型面壁厚3.619mm，型面上有八個(gè)大島嶼及一個(gè)小島嶼；零件分前后端面，前端面有114個(gè)通孔，徑向孔有20處。在零件后端面有160處孔，徑向孔有21處，并有21處花邊。零件整體如圖1

圖1 高壓渦輪機(jī)匣

1.2 零件材料及特點(diǎn)

1.2.1 鈷基高溫合金

高壓渦輪機(jī)匣材質(zhì)為RENE41，毛料為鈷基高溫合金模鍛件，含有金屬主要成分有鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦等合金元素。鈷基高溫合金具有較高的強(qiáng)度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕、和耐磨腐蝕性能。用于制作航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、艦船燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪增壓器。正是由于這種性能，該材料用于高壓渦輪機(jī)匣。

1.2.2 加工特點(diǎn)

鈷基高溫合金材料由于成分的原因，材質(zhì)硬難于切削，在加工時(shí)受切削力影響變形不大。零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)工藝路線、刀具及加工的方法有所要求，在新件的研制階段需要合理安排工藝路線及安排合理的加工方法。

1.3 工藝難點(diǎn)

該零件從設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝分析，從工藝路線、加工、刀具三個(gè)方面對(duì)加工難點(diǎn)進(jìn)行論述。

1.3.1 機(jī)械加工

零件的材料硬度大，型面復(fù)雜:

切削零件材料時(shí)，零件材料硬度大，型面加工長。在進(jìn)行半精車時(shí)進(jìn)行深槽加工，普通刀具難于加工該處。

銑加工表面：在進(jìn)行粗銑削加工時(shí)，零件型面余量大，最大處達(dá)到19mm余量，加工時(shí)需用大量刀具。

2 加工工藝研究

2.1 工藝路線

通過以上的分析制定工藝路線，編制工藝規(guī)程，由于零件整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工路線已先車加工零件外形，后進(jìn)行粗銑加工去余量，然后進(jìn)行熱處理工序。再進(jìn)行精銑加工零件的型面，后焊接，再進(jìn)行零件的精車加工，后對(duì)零件進(jìn)行銑花邊及鉆孔，最后對(duì)零件內(nèi)部進(jìn)行噴涂。

2.1.1 工藝路線制定

工藝路線：№0毛料-№5車后端面基準(zhǔn)-№10粗車前端及型面-№15粗車后端及型面-№20粗銑外型面-№25去應(yīng)力熱處理-№30修后端面基準(zhǔn)-№35半精車前端及型面-№40半精車后端及型面-№50精銑外型面-№55去毛刺-№60焊接連接座-№70修基準(zhǔn)-№75精車前端-№80精車后端-№85鉆前端面孔、徑向孔并銑端面槽-№90鉆后端面孔、徑向孔并銑端面槽-№100攻螺紋-№105標(biāo)印-№110清洗-J115中間檢驗(yàn)-120熒光檢查-125清洗-130集件-135裝配-140清洗-145噴涂-150車涂層-155修噴涂表面-J160最終檢驗(yàn)-165入庫

2.1.2 工裝和刀具選擇

工裝：主要根據(jù)GE公司提供的車床和銑床夾具結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)并制造，檢測用約束測具為自主設(shè)計(jì)制造。

刀具的選擇：鈷基高溫合金是一種難切削材料，刀具本身成分內(nèi)含有鈷成分，在加工中，刀具材料容易與零件材料產(chǎn)生親和，刀具很容易磨損，故選用刀具時(shí)，應(yīng)選用耐磨涂層，防止零件在加工時(shí)，刀具磨損，使得刀具有更高耐磨性，零件得到更好的表面質(zhì)量且延長刀具壽長。

2.2 車加工

車加工共有9道工序：№5車后端面基準(zhǔn)-№10粗車前端及型面-№15粗車后端及型面-№30修后端面基準(zhǔn)-№35半精車前端及型面-№40半精車后端及型面-№70修基準(zhǔn)-№75精車前端-№80精車后端

№5車后端面基準(zhǔn)：本道工序車加工零件的內(nèi)孔及外圓，用于下一道工序的找正及壓緊；

№10粗車前端及型面：去除大部分余量為精加工單邊留有3mm余量；

№15粗車后端及型面：去除大部分余量為精加工單邊留有3mm余量；

№30修后端面基準(zhǔn)：熱處理后，進(jìn)行修基準(zhǔn)工序，為下道車加工做準(zhǔn)備。

№35半精車前端及型面：在零件型面處加工到零件設(shè)計(jì)圖尺寸，端面留有余量1mm余量。（在NO20工序應(yīng)力釋放后，型面加工到零件設(shè)計(jì)圖尺寸）

№40半精車后端及型面：在零件型面處加工到零件設(shè)計(jì)圖尺寸，端面留有余量1mm余量。（在NO20工序應(yīng)力釋放后，型面加工到零件設(shè)計(jì)圖尺寸）

№70修基準(zhǔn)：車零件的止口端面及外圓，用于零件的裝夾找正。

№75精車前端：將零件端面尺寸加工到零件最終尺寸，并扎槽。

№80精車后端：將零件端面尺寸加工到零件最終尺寸，并扎槽。

2.3 銑加工

零件的精銑加工：

零件的精銑加工，在精銑加工時(shí)，注意合理的安排零件的加工路線，加工的先后順序，加工時(shí)的走刀路線。具體精銑的加工路線如下：

第一步：加工零件型面，在加工零件型面時(shí)，采用切線進(jìn)刀，在加工零件型面時(shí)，采用上下往復(fù)銑加工，保證零件的表面質(zhì)量，零件的表面粗糙度，銑削零件的型面。

第二步：銑加工島嶼凸臺(tái)表面，用Φ20刀具銑加工凸臺(tái)表面，在零件表面方向進(jìn)刀切削

第三步：加工島嶼大孔及島子臺(tái)階。

第四步：清理大島嶼兩側(cè)，用Φ20R3進(jìn)行清理島嶼兩側(cè)。

第五步：清理小島嶼，在小島嶼外層走兩次，將零件銑型面的殘余清除。

第六步：清理小島嶼下部，用R6球刀進(jìn)行清根，清根時(shí)需注意刀具的磨損。

2.4 關(guān)鍵和難點(diǎn)

高壓渦輪機(jī)匣加工的關(guān)鍵在于車加工的車槽及銑加工的工藝路線。

2.4.1 進(jìn)行粗銑零件型面，注意走刀路線的刀路，在粗銑時(shí)，大量去除零件余量。

2.4.2 除零件余量后需要對(duì)零件進(jìn)行熱處理，將零件粗車及粗銑時(shí)的殘余應(yīng)力釋放。

2.4.3 后進(jìn)行車基準(zhǔn)及半精車加工。在半精車時(shí)，先用R2.5球刀進(jìn)行粗扎槽，在用R2球刀進(jìn)行精車。在遇到特殊槽型時(shí)，選用非標(biāo)刀片進(jìn)行車加工零件的型面。

2.4.4 進(jìn)行精銑加工時(shí)，注意零件的走刀路線，合理的安排刀路，加工出零件的型面。

3 加工工藝總結(jié)和推廣

隨著民用航空飛機(jī)的發(fā)展，類似鈷基高溫合金被越來越多的應(yīng)用，鈷基合金材料應(yīng)用領(lǐng)域的越來越廣泛，必將對(duì)制造業(yè)提出更高的要求，對(duì)特種合金加工工藝的研究也會(huì)更加深入。

此次對(duì)鈷基高溫合金類大型機(jī)匣件工藝方法的第一次探索嘗試，發(fā)現(xiàn)了一些鈷基高溫合金的加工工藝方法，如合理安排零件工藝路線，選用合適刀具進(jìn)行加工，安排合理的走刀路線；除此之外，也對(duì)刀具對(duì)零件加工中應(yīng)用的重要性有所認(rèn)識(shí)，這些方法和措施也會(huì)推廣到其他GE公司的大型機(jī)匣合金類零件的研制中去，不斷摸索創(chuàng)新。

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