航空發(fā)動(dòng)機(jī)新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝研究

（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）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝研究

林大力

（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）

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高，關(guān)重零件越來越多地采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，技術(shù)要求越來越高。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中首次推出的盤與軸頸設(shè)計(jì)成為一體的新結(jié)構(gòu)是這種新結(jié)構(gòu)的典例。本文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝進(jìn)行了研究。

盤軸類零件；工藝性分析；工藝路線；封閉內(nèi)腔加工

隨著新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高，其關(guān)重零件越來越多地采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并大量采用鈦合金、高溫合金等難加工材料，加工工藝技術(shù)及裝備的改進(jìn)和提升是必然的趨勢(shì)。新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝研究，來源于研制生產(chǎn)一線，綜合考慮了零件圖的要求，生產(chǎn)量，設(shè)備等生產(chǎn)條件之間的關(guān)系。

1 課題的提出及意義

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，為減少聯(lián)接面和止口的數(shù)量，提高聯(lián)接和裝配的可靠性，同時(shí)增加零件的整體剛性。設(shè)計(jì)采用了前軸頸與盤軸類零件一體化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，這是一種全新的盤軸結(jié)構(gòu)。這種新型整體結(jié)構(gòu)的盤軸類零件，型面復(fù)雜，尺寸精度要求高，技術(shù)條件要求苛刻，其深腔結(jié)構(gòu)敞開性極差，切削加工難度大。

2 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的工藝性分析

2.1 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的簡(jiǎn)介

新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子重要關(guān)鍵件之一。盤軸類零件的盤部前直口與盤組合件為過盈配合， 其后直口與盤組合件為過盈配合。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝配中起呈上啟下作用。盤軸類零件的基準(zhǔn)表面C 在總裝中與中央錐的內(nèi)表面為過盈配合， 中央錐外表面與三支點(diǎn)的軸承內(nèi)鋼套配合， 基準(zhǔn)表面D與中央錐的側(cè)面配合，同時(shí)頸部基準(zhǔn)C、D是高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的基準(zhǔn)。內(nèi)腔中表面ΦC與端面與引氣零件配合。表面G與中央傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪配合。

2.2 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的簡(jiǎn)介

新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的材料為鈦合金TC17，模鍛件，屬難加工材料。其主要材料特點(diǎn)為：變形系數(shù)小、熱導(dǎo)率低、鈦合金材料的化學(xué)活性高、切削溫度高、導(dǎo)熱性差、單位面積上的切削力較大、刀具易磨損等特性。切削加工時(shí)熱量主要由刀具傳出，切削溫度高，粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，刀具粘接磨損及擴(kuò)散磨損突出。

2.3 盤軸類零件的工藝性分析

新結(jié)構(gòu)盤軸類零件是高精度前軸頸和輪盤的復(fù)合體，兼容著盤與軸頸的雙重功效，這種特殊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提高了航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能，加大了工藝加工難度，使工藝流程復(fù)雜、無損檢測(cè)種類齊全。新結(jié)構(gòu)盤軸類零件，作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中難度最大的零件之一，有必要對(duì)其工藝性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵加工難點(diǎn)在于嚴(yán)格的形位公差，如何在加工中得到保證。設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)條件中：要求控制在0.01內(nèi)的有3項(xiàng)，控制在0.013內(nèi)的有2項(xiàng)，控制在0.015內(nèi)的有4項(xiàng)。因這種薄壁結(jié)構(gòu)容易受各種切削力、噴涂、噴丸等加工過程影響產(chǎn)生變形，必須在工藝安排及加工過程中采取有效的措施防止變形對(duì)精度的影響。

關(guān)鍵加工難點(diǎn)之二是由前軸徑大端的幅板內(nèi)型面與輪盤幅板前側(cè)的型面形成的彎狀斜深槽的加工，這是以往所未見到的異常加工部位將。這個(gè)由盤與軸頸形成的封閉腔，切削中刀具和內(nèi)腔型面容易產(chǎn)生碰撞、干涉。特別是干涉處理，成為能否加工出完整、準(zhǔn)確型腔的重要前提。必須設(shè)計(jì)特殊形狀的非標(biāo)刀具，進(jìn)行無人干預(yù)模擬仿真。

3 盤軸類零件工藝路線的制定

3.1 新結(jié)構(gòu)整體盤軸類零件的簡(jiǎn)介

為減少和消除變形對(duì)精度的影響，保證整體盤軸類零件極為嚴(yán)格尺寸與形位公差，其工藝路線劃分為三個(gè)階段：粗加工階段，細(xì)加工階段，精加工階段。

3.2 工序的集中與分散

生產(chǎn)數(shù)量較小時(shí)，工序不宜分散，宜集中。工序集中有利于高效率的數(shù)控機(jī)床的安排，很多表面在一個(gè)工序中加工，便于保證較高的表面間相互位置的精度。隨著車銑復(fù)合加工中心設(shè)備的引進(jìn)，為工序的集中提供了廣闊的發(fā)展空間，一次裝夾可完成精車、鏜孔、銑槽、插齒等多個(gè)工序，這是單一設(shè)備所無法達(dá)到的。

3.3 盤軸類零件常規(guī)工藝路線的分析

（1）為了保證在毛坯狀態(tài)及早發(fā)現(xiàn)材料缺陷，粗車之前安排了超聲波探傷工序，由于超聲波探傷的表面粗糙度要求較高，在超聲波探傷工序之前安排了車超聲波檢查面的工序。超聲波探傷工序的盲區(qū)余量單邊徑向余量≥4mm， 單邊軸向余量≥4mm。

（2）由于粗車切除的余量較大，切削力、切削熱以及內(nèi)應(yīng)力重新分布等因素引起的工件的變形就較大，為消除內(nèi)應(yīng)力，在粗加工之后安排了消除應(yīng)力熱處理工序。

（3）為進(jìn)一步檢查材料缺陷，在消除應(yīng)力熱處理工序后，安排了X射線檢查工序。

（4）最終檢驗(yàn)之后，安排了涂干膜潤(rùn)滑劑、平衡等工序。

3.4 盤軸類零件車銑復(fù)合工藝路線的分析

銑車復(fù)合工序盡量安排在零件的精加工階段，也即零件的最終成形加工階段。粗加工或半精加工工序安排在常規(guī)設(shè)備上進(jìn)行。這樣一方面可以規(guī)避高端設(shè)備資源緊張的情況，另一方面最大化的將車、銑、鉆、鏜等工藝集中，一次性加工完成工件大部分加工，提高零件加工精度。

3.5 兩種工藝分析

相對(duì)與常規(guī)工藝69道工序，車銑加工工藝只有50道工序，縮減了19道工序。通過粗車與細(xì)車合并，精車集中并與鉆鉸孔、銑槽等工序合并，工序的集中性顯著提高，加工精度與單件加工效率大大提高。

4 盤軸類零件封閉內(nèi)腔加工和走刀路線制定

4.1 加工方法的選擇

盤軸類零件的半封閉內(nèi)腔是盤軸一體件形成的特殊結(jié)構(gòu)，是由實(shí)心模鍛件加工形成，加工余量大，材料的導(dǎo)熱性差，是該件加工的難點(diǎn)和重點(diǎn)，尺寸要求較精密且難以測(cè)量，加工中需要選擇非標(biāo)準(zhǔn)的合金刀具和機(jī)夾刀具進(jìn)行加工。

4.2 盤軸類零件內(nèi)腔的粗加工

盤軸類零件內(nèi)腔的粗加工，由于加工余量大，選擇剛性和穩(wěn)定性較好的合金刀具，使用排刀圖進(jìn)行車加工，提供穩(wěn)定和高效的去除材料的效果，使用較大的切屑參數(shù)以提高加工效率，節(jié)省加工時(shí)間，為零件批量生產(chǎn)確定穩(wěn)定的加工參數(shù)和刀具消耗。

4.3 盤軸類零件內(nèi)腔的精車加工

盤軸類零件的精車內(nèi)腔加工，選擇適用于加工TC17材料的機(jī)夾刀具和刀片，刀柄具有較好的剛性和穩(wěn)定性，刀片具有較好的耐熱性和加工穩(wěn)定性，同時(shí)有較好耐磨性，能保證高速加工時(shí)達(dá)到零件的尺寸要求和質(zhì)量要求。

[1]張耀宸.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].航空工業(yè)出版社，1993.

TH12 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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