某轉(zhuǎn)子葉片輥軋工藝

喬思佳李深亮

（1.駐黎明發(fā)動機公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發(fā)動機集團（有限）責任公司，遼寧 沈陽 110043）

某轉(zhuǎn)子葉片輥軋工藝

航空發(fā)動機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)的一大進步。它不僅使加工技術(shù)簡化，更重要的是可使葉片的機械性能、產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能得到提高。因此，這項技術(shù)得到世界上航空發(fā)動機制造業(yè)的高度重視。在美國，20世紀50年代末就開展了葉片精密輥軋技術(shù)研究并應用于生產(chǎn)。俄羅斯將輥軋技術(shù)應用于三代機高溫合金壓氣機葉片制造已二、三十年，目前仍在航空發(fā)動機制造企業(yè)廣泛應用。在我國20世紀60年代末，中航工業(yè)黎明在全國率先開展了馬氏體不銹鋼高速錘擠壓、輥軋復合形變熱處理新工藝的試驗研究，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)。國內(nèi)外實踐表明，精密冷輥軋技術(shù)應用于航空發(fā)動機葉片制造是先進的、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、進排氣邊緣呈仿棰形、型面嚴重彎曲等特點。葉片圓弧形結(jié)構(gòu)的榫齒，齒型節(jié)點尺寸嚴格，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程咬口的咬入位置的控制；進排氣邊緣彎曲嚴重，在輥軋過程中影響金屬的流動性。（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→無損檢查→表面處理。

2 輥軋毛料設(shè)計

（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。鍛件采用等比例余量的板狀葉身設(shè)計，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。在軋制過程中，進、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，可以減少軋制過程中的側(cè)彎。此外，依據(jù)體積不變原理，將葉身型面長度進行縮短計算，減少材料消耗，板狀葉身設(shè)計也降低鍛造難度。

3 輥軋模具設(shè)計與制造

（1）前滑系數(shù)確定。葉片輥軋過程中，前滑系數(shù)與材料的類型、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所確定的。在葉片軋制過程中，根據(jù)材料前滑系數(shù)對軋機軋輥與夾頭的運動速度進行調(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在軋制過程中盆、背兩側(cè)面相對于旋轉(zhuǎn)中心具有相對平均的線速度，其誤差在軋制過程中通過調(diào)整來修正。（3）進排氣邊緣處理。葉片進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。在延伸時需要設(shè)計人員在三維模型中反復修整，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→磨內(nèi)圓→磨基準面→粗銑葉型輪廓→熱處理→精加工基準→切斷扇面→精銑輥軋型面→人工拋光→磁力探傷等工序進行加工。模具采用熱處理后進行精加工，防止了熱處理過程中的型面變形，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狀態(tài)、輥軋模具設(shè)計水平與制造精度、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)，在軋制葉片的過程中會出現(xiàn)與設(shè)計要求背離的現(xiàn)象，主要靠人工修模來解決。在修模前可使用葉片與軋模之間的調(diào)整，解決葉片在輥軋過程中產(chǎn)生的型面?zhèn)葟?、偏移、弓彎、咬入位置不準確等技術(shù)問題。（1）水平方向移動的調(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排氣邊方向的偏移、葉盆與葉背型面錯移的問題，在葉片的主要表現(xiàn)形式是葉盆或葉背面的進、排氣一側(cè)透光。錯移產(chǎn)生的原因：上、下軋輥中心位置產(chǎn)生錯移。調(diào)整方法：調(diào)整上、下兩個軋輥或調(diào)整任意一個軋輥的水平位置。（2）軸方向移動的調(diào)整。在軋制過程中，咬口實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。錯移產(chǎn)生的原因：葉片夾頭長度誤差、軋模角度誤差與軋機裝配誤差等原因。調(diào)整方法：調(diào)整軋機上夾具伸縮位置。（3）繞軸向旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。葉片軋制過程中，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位置不正確。調(diào)整方法：主要是上對活動機架上部的仿形機構(gòu)進行調(diào)整。（4）豎直方向移動的調(diào)整。在葉片軋制過程中常出現(xiàn)葉身相對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：只有通過葉片夾頭來調(diào)整榫頭Y方向位置。在夾頭上使用偏心鍵來調(diào)整Y方向的位置。（5）繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。葉片的軋制過程中，常出現(xiàn)葉片型面在進排氣方向上的出現(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：通過固定角度塊來調(diào)整。通過采用調(diào)整技術(shù)，使輥軋過程簡單化，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

（1）幾何尺寸及理化檢測。經(jīng)檢測，采用輥軋工藝軋制的葉片型面幾何尺寸滿足設(shè)計圖及相關(guān)標準要求。對成品葉片進行理化檢測，榫頭、R轉(zhuǎn)接、葉身縱橫向晶粒度都達到10級或更細，晶粒度明顯優(yōu)于標準要求，力學性能指標高于標準要求約20%。（2）葉片振動疲勞性能。按照相關(guān)標準，對某轉(zhuǎn)子輥軋與數(shù)控銑兩種葉片以650MPa為考核應力進行疲勞測試，輥軋葉片循環(huán)次數(shù)明顯優(yōu)于數(shù)控銑葉片。

結(jié)語

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

[1]劉艷.葉片制造技術(shù)[M].北京：科學出版社，2002.

喬思佳1李深亮2

（1.駐黎明發(fā)動機公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發(fā)動機集團（有限）責任公司，遼寧 沈陽 110043）

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

葉片；輥軋；工藝路線；坯料設(shè)計；模具設(shè)計

TG156

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