燃氣輪機輪盤數(shù)控加工技術(shù)淺析

于　潔　史前凱　閆　峰　田曉龍（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　110034）

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燃氣輪機輪盤數(shù)控加工技術(shù)淺析

于潔史前凱閆峰田曉龍
（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110034）

摘要：燃氣輪機輪盤是壓氣機轉(zhuǎn)子上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，集榫槽、窄槽、封嚴篦齒、花鍵、螺紋、軸、內(nèi)腔、斜孔、小孔等于一體。輪盤的總厚度為104mm，加大了榫槽長度，榫槽的整體形狀較大，為保證加工質(zhì)量，合理地排列拉刀及選擇合理加工的參數(shù)是關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；拉削加工；篦齒深槽

1. 概述

燃氣輪機是一種先進而復(fù)雜的成套動力機械裝備，是典型的高新技術(shù)密集型產(chǎn)品。作為高科技的載體，燃氣輪機代表了多理論學(xué)科和多工程領(lǐng)域發(fā)展的綜合水平，是21世紀末的先導(dǎo)技術(shù)。發(fā)展集新技術(shù)、新材料、新工藝于一身為燃氣輪機產(chǎn)業(yè)，是國家高技術(shù)水平和科技實力的重要標志之一，具有十分突出的戰(zhàn)略地位。該研制盤件是燃氣輪機壓氣機上的關(guān)鍵零件，在壓氣機上起到關(guān)鍵作用，該零件研制成功對制造者而言意義重大。

2. 輪盤概述

燃氣輪機輪盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集榫槽、窄槽、封嚴篦齒、套齒、螺紋、軸、內(nèi)腔、斜孔、小孔等于一體，在發(fā)動機壓氣機轉(zhuǎn)子上起關(guān)鍵作用。該研制件所有的車削加工均采用數(shù)控車床完成，利用數(shù)控車床的加工精度高，進刀量準確來保證難以測量的表面：第一面約100長度軸上有與軸承相配合的表面，依靠軸外側(cè)直徑φ129螺紋與螺母相配。在輻板下部有一封嚴篦齒，齒深是歷來所加工的篦齒最深的，而且突出的篦齒下端形成的狹窄型腔，加工時選擇合理走刀路線和刀具來完成加工。盤的榫槽長度長，它的總厚度為104mm，榫槽的整體形狀較大，為了保證加工質(zhì)量，精心排列拉刀及選擇合理加工的參數(shù)。

3. 零件的工藝性分析

一般情況下來料為毛料鍛件狀態(tài)。（1）去除毛坯余量，加工表面粗糙度為Ra1.60，供超聲波探傷使用，并且考慮給超聲波探傷留有至少比零件單面尺寸大3mm～4mm的盲區(qū)；（2）超聲波探傷；（3）去除大部分（大約3mm）余量，即細車兩面；（4）腐蝕檢查、消除應(yīng)力熱處理；（5）精車一、二面，形成零件最終車加工尺寸及技術(shù)條件要求；（6）加工槽、孔等鉆、銑、鉗加工。

該輪盤來料為精化料，在入廠之前已經(jīng)最終熱處理并經(jīng)超聲波探傷檢驗合格，因此無需考慮毛料粗加工。為確保零件內(nèi)部無缺陷，在加工前做第二次超聲波探傷檢驗。精化料來料雖是半精毛料，但粗糙度一般在Ra3.20，因此在探傷工序之前增加兩道見光工序。探傷合格后進行細車兩面工序，在余量為1mm時進行腐蝕檢查和穩(wěn)定處理。零件輻板表面粗糙度要求為Ra0.80，精車兩型面之后進行拋光兩面的拋光工序。因榫槽與23均布孔有角向關(guān)系，因此在拉榫槽之前將23-φ8.2孔加工完成，其中一個孔加工成φ8.2+0.03用做拉槽定位用。在拉榫槽工序之后完成插花鍵、斜孔、螺紋孔、端面凸臺、軸向槽等，最后進行靜平衡工序，標記不平衡量。

4. 輪盤的數(shù)控加工

4.1型面的數(shù)控車加工

輪盤的敞開式型面屬易加工型面，使用正常的車削參數(shù)即可完成加工，該件輻板處車加工選用轉(zhuǎn)數(shù)S=55r/min，進給f=0.2mm/r，加工內(nèi)孔選擇轉(zhuǎn)數(shù)S=48r/min，進給f=0.2mm/r。輪盤結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的一面，設(shè)計加工路線和方案，其中共使用7種類型刀片，在美國車銑加工中心完成加工。首先加工盤件端面、外圓等測量使用基準部位，基準加工輻板，因輻板部位有一處篦齒結(jié)構(gòu)，不能一次加工完成輻板，故輻板部位分為兩次走刀完成；該加工面狹窄溝槽結(jié)構(gòu)較多，有卡圈槽深10mm，寬2.5mm、篦齒與輻板根部開成上溝槽，槽深12mm，最窄處4mm；篦齒下部與小軸連接處形成U形槽，槽深13mm，最窄處6mm，該些結(jié)構(gòu)的加工均需要使用專用刀具首先去除槽余量，將槽形打開，然后再進行槽的加工，特別需要注意的是加工狹窄槽形的排屑問題，狹窄槽形排屑一定不順暢，若加工的刀具和零件本身剛性好的窄槽排屑不暢倒造成打刀，嚴重者影響槽的尺寸，若加工刀具和零件本身結(jié)構(gòu)的剛性差，比如加工該盤件篦下部與小軸邊接處形成的槽，會造成刀具本身的變形和零件變形，將槽尺寸直接加工超差甚至將零件報廢，故在加工該槽時除了選用適合的加工參數(shù)外，必須解決刀具剛性和加工中排屑問題，加工過程應(yīng)在操作者監(jiān)控過程中完成；加工卡圈槽發(fā)，因刀具寬度與槽寬相近，采用直接扎槽加工，為使排屑順暢，在加工1/3槽深處退刀排屑然后重新進刀加工，解決排屑問題。

為保證篦齒的加工，加工步驟分兩步，第一步用槽刀粗扎篦齒去除大部分余量，第二步通過篦齒輪廓走刀完成加工。在粗扎步驟中，每刀去除余量約1mm～1.5mm，給精加工留有約1mm余量，每刀進給0.2mm～0.5mm，分3次走刀加工完篦齒輪廓。

首次使用美國數(shù)控車銑中心加工螺紋，指令G21循環(huán)加工，每次進刀量0.1mm。

4.2零件的銑削加工

輪盤卡圈槽不是連續(xù)的環(huán)面，是由23個凸耳構(gòu)成，同時在零件第一面短軸上有三處槽，使用銑加工加工中心工作臺壓緊零件，一次裝夾完成銑凸耳和軸向槽的加工，節(jié)省夾具同時提高加工效率。

5. 輪盤榫槽的拉削

輪盤榫槽屬于大尺寸榫槽，拉削該槽共安排19把拉刀，其中最后一把拉刀為全型備用拉刀。前13號拉刀為開槽拉刀，后5把拉刀為拉削槽型拉刀，由于榫槽形狀較大，拉刀向外沿的部分較多，因此拉刀的剛性較差，拉削過程中極易出打刀現(xiàn)象。為避免打刀現(xiàn)象的出現(xiàn)，現(xiàn)場選用拉削速度在4mm/min～5mm/min。

結(jié)語

燃氣輪機輪盤的研制加工及順利交付意義重大，它是對生產(chǎn)能力的有力說明，我們對復(fù)雜型面的數(shù)控加工有了更多的加工經(jīng)驗，對今后的類似件加工有更多的參考依據(jù)，對提高整體生產(chǎn)能力意義重大。

參考文獻

［1］透平機械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書編委會.盤軸制造技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2002：280-288.

［2］孔德音.機械加工工藝基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998：38-40.

中圖分類號：TG75

文獻標識碼：A