航空發(fā)動機葉片樣板加工變形量減少方法研究與改進(jìn)

岳萍 成寧霞

摘要：某型航空發(fā)動機葉輪樣板為薄壁件，精度要求較高。通過對其加工變形量進(jìn)行分析，查找造成變形的原因，并提出相應(yīng)的控制措施，解決了變形難題，保證了加工精度，為后續(xù)類似薄壁零件的加工奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：薄壁件；變形量；控制措施；加工精度

Keywords：thin-wall parts；deformation；control measures；processing accuracy

0 引言

某型發(fā)動機渦輪起動機臺架試車時，多次發(fā)生起動機功率不足故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的有序進(jìn)行。起動機壓氣機葉輪按設(shè)計圖紙制造出廠，葉輪結(jié)構(gòu)定型，大修時不進(jìn)行葉輪型面檢測。但是經(jīng)過長期使用后，葉輪型面發(fā)生了微量變化。為了解葉輪型面尺寸偏離程度，設(shè)計制造了專用檢測樣板，方便操作，能夠提升工廠的修理和制造能力。同時提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，旨在降低因非人為因素導(dǎo)致的該系列發(fā)動機葉片變形故障的發(fā)生率，以便更好地保障戰(zhàn)訓(xùn)需要。該檢測樣板為異型薄壁零件，在加工過程中容易變形，熱處理過程中易變形和產(chǎn)生裂紋。針對此問題，本文研究設(shè)計了新型熱處理工藝體，解決了變形和淬火裂紋問題，同時也防止了基準(zhǔn)丟失。

1 葉片樣板圖及初次加工方法

該檢測樣板為典型的L型薄壁零件（見圖1），空間尺寸及形位公差要求較高，材料為45號鋼，在淬火中易產(chǎn)生變形，且易淬裂。

初次試制時，采用大余量L型毛坯件（見圖2）淬火后線切割，工藝為：粗切兩處型面→平磨基準(zhǔn)→加工中心粗、半精、精加工型面→平磨→研磨→三坐標(biāo)檢測。但毛坯經(jīng)過熱處理后向內(nèi)側(cè)收縮，并在內(nèi)側(cè)產(chǎn)生裂紋（見圖3）。

2 變形及裂紋現(xiàn)象改進(jìn)措施

2.1 裂紋產(chǎn)生原因

針對裂紋和變形情況重新對零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，零件為L型異型薄壁零件，設(shè)計基準(zhǔn)為空間的點、線、面。初次試制時考慮到其易變形以及熱處理后硬度普通、加工不方便，故采用單邊留余量3mm的毛坯料先熱處理后線切割加工，結(jié)果零件變形嚴(yán)重且產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因有：45號鋼在淬火HRC38～42時易產(chǎn)生裂紋；零件結(jié)構(gòu)形式為非對稱結(jié)構(gòu)，易變形產(chǎn)生裂紋；應(yīng)力集中在轉(zhuǎn)角處易產(chǎn)生裂紋。

2.2 改進(jìn)措施

根據(jù)以上對裂紋產(chǎn)生原因的分析，決定改變熱處理工藝體結(jié)構(gòu)形式，擬將L型對稱改為“回”字型工藝體，并在工藝體上完成零件型面粗加工后再送熱處理（見圖4），對稱的回字體不僅能解決易變形產(chǎn)生裂紋的問題，還能實現(xiàn)一件工藝體完成兩件產(chǎn)品加工。

根據(jù)新型工藝體設(shè)計創(chuàng)新的工藝方法：備料→車工→銑工→鉗工→車工→加工中心（粗加工）→鉗工→熱處理→線切割（切開粗加工零件）→鉗工→平磨（磨定位基準(zhǔn)）→加工中心（半精、精加工零件型面，定位孔）→鉗工→表面處理→平磨→三坐標(biāo)檢測→研磨。

因“回”字型工藝體上的零件已完成了粗加工，型面已與基體斷開，故在后續(xù)線切割工序切開零件時因應(yīng)力釋放產(chǎn)生的收縮變形量僅為0.2mm，在設(shè)計工藝路線時考慮此處變形，留余量1mm，這一實際可為后續(xù)加工同類零件積累經(jīng)驗。

3 工藝方法驗證

3.1 裂紋問題的解決

“回”字型工藝體粗加工件在熱處理后未產(chǎn)生裂紋，對稱的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)解決了變形問題，實際熱處理后工藝體基本無變形現(xiàn)象。

工藝體切割單件零件時，因已去除大部分余量且與主體分段斷開，故收縮產(chǎn)生的變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體零件切割為L型時的值。根據(jù)同類整體零件切開時變形量經(jīng)驗值預(yù)留1mm余量，實際線切割變形僅為0.2mm，極大地解決了零件的加工變形問題。

3.2 后續(xù)工藝驗證情況

經(jīng)線切割切開的零件，平磨三個基準(zhǔn)面后在加工中心上完成半精、精加工。建立完成加工零件數(shù)模（見圖5），選用合理的切削參數(shù)進(jìn)行加工，完成的零件經(jīng)檢驗合格。經(jīng)平磨、修研后，三坐標(biāo)計量檢測全部尺寸符合圖紙要求。組裝后（見圖6）經(jīng)第三方檢測，滿足圖紙要求。

4 結(jié)束語

對檢測樣板裂紋故障和變形量的分析研究與改進(jìn)，為異型薄壁零件的加工提供了新的方法和理論支撐，為同類零件的加工及類似故障的解決積累了經(jīng)驗。同時，該樣板的設(shè)計制造完成，能夠為葉輪變形量的檢測提供理論支持，方便操作、減少人為差錯。

參考文獻(xiàn)

[1]丁惠麟.機械零件缺陷、失效分析與實例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.