提高燃氣渦輪二級外環(huán)合格率的工藝攻關(guān)

朱淑琴 李文濤 王熔

摘要：對于難加工材料的切開式環(huán)類的加工，其刀具方案至關(guān)重要，特別是螺紋孔的加工質(zhì)量的保證;而端面封嚴(yán)槽的加工也涉及到電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)選定。刀具方案直接影響到零件加工尺寸的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：難加工材料;絲錐;電極

1.概述

燃氣渦輪二級外環(huán)是發(fā)動機渦輪部件中一個重要零件，其作用為封嚴(yán)，防止燃氣倒灌影響發(fā)動機性能。零件由整環(huán)加工完后割開，加工工藝復(fù)雜，切開后電火花加工形成的輪廓尺寸極難保證，導(dǎo)致零件加工質(zhì)量無法保障，加工合格率低，嚴(yán)重影響整機的交付。

2.攻關(guān)內(nèi)容

2.1 難點分析

（1）燃氣渦輪二級外環(huán)材料為K6509，是難加工材料中切削加工性較差的一種材料，由于K6509塑性，韌性高，在加工過程中切削力和切削熱的作用下，產(chǎn)生較大塑性變形，造成加工硬化;尺寸M2.5螺紋加工過程中，攻絲溫度稍高，絲錐與工件之間的摩擦加劇，絲錐材料極易與工件材料產(chǎn)生親和作用，材料硬質(zhì)點的存在加上嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象的產(chǎn)生，使刀具在切削過程中產(chǎn)生粘結(jié)、磨料、邊界磨損、絲錐易斷嚴(yán)重現(xiàn)象，在操作者力度掌握好的情況下，一個普通絲錐最多只能干3個小孔，倘若絲錐斷裂殘留在小孔內(nèi)，需要電火花加工去除殘留絲錐，返修極其困難，很容易導(dǎo)致該段零件報廢，很大程度上影響零件的合格率。

（2）零件兩側(cè)輪廓槽形狀復(fù)雜，轉(zhuǎn)角多，難加工，采用電火花電極一次成型加工，尺寸0.5±0.1沿輪廓、0.9±0.1成批超差。

a）電極成形尺寸參數(shù)不好設(shè)置，電極成形尺寸過大，輪廓槽整體尺寸超差;

b）電極對刀面選取不合理，選取間接面對刀，直接造成尺寸超差，甚至出現(xiàn)部分輪廓槽加工到零件機體外情況。

2.2技術(shù)方案

針對上述問題，組織團隊成員進行討論并形成以下解決方案：

（1）通過分析絲錐結(jié)構(gòu)，將通用絲錐調(diào)整跳牙絲錐，增加排屑量，防止絲錐斷裂;

（2）根據(jù)分析螺紋銑刀和絲錐材料，進行對比試驗，解決攻絲材料粘結(jié)打刀問題;

（3）優(yōu)化電極成形尺寸參數(shù)，選取合適對刀面;

（4）根據(jù)試加工情況，設(shè)計專用電極，減少零件加工變形，保證精密尺寸加工。

3.實施過程

3.1解決尺寸2xM3x0.5（2孔一組 9組EQS）加工穩(wěn)定性

3.1.1改進前鉗工工序攻絲，采用普通絲錐進行攻絲。燃氣渦輪二級外環(huán)材料為K6509，是粘性材料，普通絲錐時極易斷。跳牙絲錐結(jié)構(gòu)沿刀齒螺旋線方向相間隔去掉一個齒，增加切削厚度，減少零件之間的壓力及摩擦力，加工薄壁件內(nèi)螺紋時，不會造成零件變形，同時易于斷屑和排屑，減少切削阻力，防止絲錐斷裂。經(jīng)過粗跳牙絲錐、精跳牙絲錐分工步試加工，發(fā)現(xiàn)M3螺紋加工時，沒有出現(xiàn)卡死，絲錐斷裂情況。

3.1.2經(jīng)現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，鉗工工序攻絲普通絲錐更改跳牙絲錐后，單件零件18處小孔均勻分布，數(shù)量多，攻絲鉗工耗時長，加工穩(wěn)定差，綜合考慮，調(diào)整數(shù)銑與孔合并加工。而跳牙絲錐材料為M42（W2MO9Cr4VCO8），屬于含鈷超硬高速鋼，可磨性好，適合作精密復(fù)雜刀具，但不宜在沖擊切削條件下工作。

螺紋銑刀材料為W18Cr4V，常用高速鋼，由于含釩較少，磨削性能好，其刃口容易磨得鋒利平直，綜合性能好，通用性強，經(jīng)常用于精加工的復(fù)雜刀具。經(jīng)過試加工驗證，進行以下方式改進：

a）制作專門小規(guī)格P=0.5螺紋銑刀，提高加工效率，同時解決K6509材料加工粘結(jié)打刀問題。

3.2解決兩側(cè)輪廓槽加工沿輪廓尺寸0.5±0.1、0.9±0.1成批超差問題

零件兩側(cè)輪廓槽加工沿輪廓尺寸0.5±0.1、0.9±0.1不合格，尺寸成批超差。電火花原電極成形尺寸參數(shù)設(shè)置不合理，成形尺寸0.4加上單邊0.1mm加工間隙，最終加工尺寸為0.6;對刀面選取不恰當(dāng)，投制質(zhì)量差，導(dǎo)致加工時尺寸不合格，滿足不了加工要求。經(jīng)過多次對比試驗，進行以下改進：

a）調(diào)整成形尺寸，由原來成形尺寸0.4調(diào)整為0.35，保證加工尺寸要求;

b）優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，去除多余部分，減少原加工前線切割補充加工電極時間，方便對刀時退刀，觀察加工情況（見圖11）;

c）更改對刀面，由原來輪廓槽內(nèi)側(cè)（間接面）對刀調(diào)整為加工面對刀，減少對刀誤差;

最終制作專門電極，通過兩批次零件驗證加工合格。

綜合上述改進措施不斷完善工藝規(guī)程，改進后在三批中零件100%合格率入庫。

4.結(jié)論

本次攻關(guān)通過對普通絲錐、跳牙絲錐和螺紋銑刀的結(jié)構(gòu)、材料分析，選擇合適的刀具加工，并調(diào)整加工工藝，提高加工效率;對電極加工成形尺寸、對刀面進行對比試驗，優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，既按節(jié)點交付合格零件，又保證了零件加工合格率達到100%，改進效果明顯，達到攻關(guān)目標(biāo)。