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(fā)動機(jī)低壓渦輪轉(zhuǎn)子一至六級渦輪盤是典型的雙翼渦輪盤新型結(jié)構(gòu)，零件結(jié)構(gòu)、形狀較為復(fù)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(yīng)力、剪切力等綜合作用，而且葉片葉身是否能夠保持規(guī)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(zhì)量，提高零件合格率至關(guān)重要。本文通過掌握雙翼渦輪盤榫槽加工變形控制技術(shù)和變形規(guī)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(shù)難題。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在新型航空發(fā)動機(jī)中，盤類零件材料的性能不斷提高，榫槽結(jié)構(gòu)更是多樣化、復(fù)雜化，榫槽精度和表面粗糙度要求越來越嚴(yán)格，導(dǎo)致工藝性較差，特別是新機(jī)中出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)榫槽，沒有成熟經(jīng)驗，刀具強(qiáng)度設(shè)計難度更大，拉削過程中崩刀現(xiàn)象更為嚴(yán)重，因此對榫槽拉削技術(shù)提出了更高的要求，如何提高拉刀使用中的強(qiáng)度，有效保證榫槽拉削質(zhì)量，已經(jīng)成為拉削制造技術(shù)上的關(guān)鍵，研究盤類零件的結(jié)構(gòu)特點，保證拉削后榫槽的位置精度和尺寸精度已經(jīng)成為盤類零件研制過程中首要任務(wù)。本技術(shù)攻關(guān)主要工藝改進(jìn)措施包括：統(tǒng)計分析榫槽拉削前后零件尺寸的變化情況和變化趨勢，調(diào)整零件榫槽拉削方案、拉刀結(jié)構(gòu)、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(shù)水平，有效地減少加工中的變形。

1 研究目標(biāo)

1.1 設(shè)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(zhuǎn)接，榫槽尺寸小、數(shù)量多，開口小，內(nèi)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(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計難度。技術(shù)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(jié)構(gòu)形狀和尺寸精度，通過拉床刀座的直線運(yùn)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(fù)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(fù)雜程度可最終一次成型的機(jī)械加工方法，拉削加工屬于多刃刀具同時進(jìn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度嚴(yán)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(shè)計圖紙技術(shù)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(yán)重，排屑困難，易打刀。在拉削商發(fā)渦輪盤榫槽時采用漸切法和成型法相結(jié)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(jié)構(gòu)

根據(jù)渦輪盤材料的性質(zhì)，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(zhì)合金，但強(qiáng)度、韌性和工藝性能優(yōu)于硬質(zhì)合金。拉刀前角15°、后角3°、定型齒1.5° 。

2.3 拉刀參數(shù)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(guī)的齒升量，拉刀極易產(chǎn)生崩齒，調(diào)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(qiáng)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(zhǔn)，榫槽其中一側(cè)端面和安裝邊端面為軸向基準(zhǔn)，壓緊榫槽另一側(cè)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(qiáng)筋，最終增強(qiáng)夾具剛性。六級渦輪盤結(jié)構(gòu)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(yù)留加工工藝余量;篦齒先單邊預(yù)留0.5mm余量，拉削后再車篦齒，有效地預(yù)防碰劃傷，最終保證符合設(shè)計圖紙的技術(shù)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(nèi)部組織斷裂，應(yīng)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(xiàn)零件抱緊榫槽夾具現(xiàn)象，無法卸下零件;后續(xù)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(jìn)行調(diào)整的，拉削速度不僅直接影響生產(chǎn)效率，而且對拉刀耐用度和渦輪盤表面質(zhì)量也有相當(dāng)大的影響。經(jīng)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(zhì)量，拉削速度應(yīng)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(zhì)量，零件變形也相對較小。

2.6 拉削技術(shù)要求

（1）拉削正式零件前，需用拉削試驗件的方法調(diào)整機(jī)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(jìn)行試?yán)?，?jīng)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(jīng)投影檢查合格后方可繼續(xù)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(shè)備

采用進(jìn)口數(shù)控高速側(cè)拉床HOFFMAN，主驅(qū)動功率135kW，額定拉力25t，最大行程7500mm。

2.8 榫槽技術(shù)條件檢測

（1）榫槽中心距的檢測。榫槽中心矩是規(guī)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(biāo)準(zhǔn)件上對零，然后在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)接圓弧、角度、齒距尺寸等，通常采用光學(xué)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(jìn)口處，保持尖邊，調(diào)節(jié)物距，使投影清晰;放大圖放在投影板上，調(diào)節(jié)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(yīng)落在放大圖的輪廓公差帶內(nèi)，榫齒的工作面應(yīng)平直，轉(zhuǎn)接圓弧應(yīng)圓滑轉(zhuǎn)接，對比輪廓是否合格，R轉(zhuǎn)接是否合格，圓滑轉(zhuǎn)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(yīng)保持良好狀態(tài)，定期由計量部門按標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)件上對零，然后在轉(zhuǎn)接器上測量該百分表的偏差值是否在合格的范圍內(nèi)，該偏差值的范圍在設(shè)計綜合測具時將扭角的角度公差轉(zhuǎn)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(jié)語

2017年低壓一至六級渦輪盤零件合格率為95%，達(dá)到預(yù)期設(shè)定目標(biāo)。通過對雙翼渦輪盤的工藝攻關(guān)，優(yōu)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(xiàn)

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