燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)開(kāi)機(jī)匣制造工藝研究

(中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，四川成都市，610500）楊光喬雷張世貴

國(guó)外某燃?xì)廨啓C(jī)渦輪部件是國(guó)內(nèi)承接的首個(gè)燃機(jī)輪機(jī)的部件單元體，其對(duì)開(kāi)機(jī)匣，是燃?xì)廨啓C(jī)渦輪部件轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵、重要承力部件，起到對(duì)轉(zhuǎn)子的支撐作用和對(duì)排氣機(jī)匣的連接作用。對(duì)開(kāi)機(jī)匣主要承載燃?xì)廨啓C(jī)在工作狀態(tài)下的軸向和徑向載荷。對(duì)開(kāi)機(jī)匣因其使用功能和所承載載荷，決定其具有結(jié)構(gòu)負(fù)載，重量、體積大，技術(shù)要求高等特點(diǎn)。

1 零件基礎(chǔ)情況

1.1 零件結(jié)構(gòu)特性

此零件沿縱向分上下兩極，重量約4500Kg，總長(zhǎng)為1755mm，最小內(nèi)徑為Φ298mm，最大外徑為Φ 1319mm；縱向安裝邊8處定位銷孔通過(guò)定位銷定位，采用48處螺栓連接上下兩級(jí)；前法蘭面共有6處鍵槽，通過(guò)鍵與排氣機(jī)匣進(jìn)行定位；通過(guò)供油和頂油回路對(duì)機(jī)匣內(nèi)腔進(jìn)行潤(rùn)滑；內(nèi)腔共有4處軸承裝配面，2處空氣封嚴(yán)配合面結(jié)。結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 零件結(jié)構(gòu)圖

1.2 零件材料特性

此零件毛坯為鑄鋼件，其力學(xué)性能室溫下最低抗拉強(qiáng)度47Ksi，最低0.2%屈服強(qiáng)度47Ksi。材料所含主要化學(xué)成分為碳、錳、磷、硫、硅，化學(xué)成分見(jiàn)表1。其加工性能良好，但因其材料中鉻、鎳化學(xué)成分含量很低，導(dǎo)致此材料易銹蝕。

表1 主要化學(xué)成分

1.3 零件尺寸特性

1.3.1 尺寸精度

直徑方向最小尺寸公差為±0.025；孔徑最小尺寸公差為±0.006；軸向最小尺寸公差為±0.025；最小槽尺寸公差為±0.025；深孔孔徑Φ12，深1015mm，長(zhǎng)徑比84.5：1，且為盲孔。

1.3.2 位置精度

直徑位置度最小為Φ0.05；孔徑最小位置度為Φ0.25；垂直度為0.05；槽輪廓度為0.05；深孔相對(duì)于零件旋轉(zhuǎn)中心軸線、裝配基準(zhǔn)面、裝配定位孔的位置度為Φ0.25。

1.3.3 表面精度

縱向結(jié)合面、軸承配合面、密封槽表面粗糙度均為Ra1.6。

1.3.4 裝配要求

由于此零件結(jié)構(gòu)為對(duì)開(kāi)機(jī)匣，其主要與轉(zhuǎn)子、軸承、封嚴(yán)件相裝配，故要求其零件的回轉(zhuǎn)中心和縱向結(jié)合面與基準(zhǔn)面垂直，同時(shí)要求其回轉(zhuǎn)中心應(yīng)在零件的縱向結(jié)合面內(nèi)?；剞D(zhuǎn)中心線與基準(zhǔn)面、縱向結(jié)合面之間位置關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 回轉(zhuǎn)中心線與基準(zhǔn)面、縱向結(jié)合面之間位置關(guān)系

2 加工難點(diǎn)分析及解決方案

2.1 加工難點(diǎn)分析

2.1.1 找正和測(cè)量

零件具有總量、體積大，內(nèi)形面結(jié)構(gòu)復(fù)雜等結(jié)構(gòu)特性。因其結(jié)構(gòu)特性，零件在車加工工序中的傳統(tǒng)找正方式不便，需采用其他找正方式；車加工工序中因加工軸向深度約為880mm，考慮到零件的高度及夾具高度，測(cè)量人員需從月2000mm高下探到1120mm的位置進(jìn)行尺寸測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)量方法無(wú)法有效的進(jìn)行測(cè)量。

2.1.2 工藝路線確定

根據(jù)零件的裝配要求，需保證零件的回轉(zhuǎn)中心、零件基準(zhǔn)平面和縱向結(jié)合面三者之間的關(guān)系-即零件的回轉(zhuǎn)中心和縱向結(jié)合面與基準(zhǔn)面垂直，同時(shí)要求其回轉(zhuǎn)中心應(yīng)在零件的縱向結(jié)合面內(nèi)；零件內(nèi)腔尺寸為保證其即要滿足設(shè)計(jì)要求又要控制尺寸的一致性，需零件組合加工；零件外形尺寸在滿足設(shè)計(jì)尺寸要求條件下，為便于裝夾、加工，上下兩極客單獨(dú)加工，因此零件在整個(gè)制造過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)數(shù)次的組合、分解過(guò)程。這涉及到零件的基準(zhǔn)如何確定、如何提高裝分的重復(fù)準(zhǔn)確性等工藝問(wèn)題，而這些工藝的確定均需通過(guò)工藝路線的合理安排來(lái)完成。

2.1.3 深孔加工及其毛刺去除

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要加工大量深孔，其中最具代表性的深孔為盲孔，其位置度為Φ0.25，孔徑Φ 12，孔深1015mm，長(zhǎng)徑比84.5：1，而且有3處相貫孔結(jié)構(gòu)。這對(duì)深孔的孔徑尺寸和位置度的控制及相貫孔口的毛刺去除帶來(lái)很大困難。

2.1.4 鍵槽加工

零件前端面均布6處鍵槽，該鍵槽通過(guò)鍵在裝配中實(shí)現(xiàn)零件與排氣機(jī)匣的定位連接。其相對(duì)于基準(zhǔn)的輪廓度為0.05，鍵槽根部距前端外圓距離為76mm，在保證尺寸要求的前提下，對(duì)加工方法提出更高的要求。

2.1.5 防銹

當(dāng)材料中鉻的含量在10%-12%時(shí)，在氧化性介質(zhì)的作用下，促進(jìn)了的鈍化，鋼的鈍化能力有顯著提升。而且當(dāng)鋼中ω（Cr）≧10.5%,鋼的鈍化形成的氧化膜中富集了鉻的氧化物，這種富鉻氧化膜具有尖晶石結(jié)構(gòu)，在許多介質(zhì)中有很高的穩(wěn)定性，使鋼的鈍化態(tài)保持穩(wěn)定。在鐵基材料中加入鎳，能提高材料的耐蝕性，當(dāng)鎳的原子百分?jǐn)?shù)為12.5%、25%是，耐蝕性有明顯的提高[1]。根據(jù)零件的材料特性，其鉻、鎳化學(xué)成分含量均不大于0.50%，由此可見(jiàn)零件易銹蝕，這就對(duì)零件生產(chǎn)制造、清洗、運(yùn)輸、貯存等環(huán)節(jié)的防銹提出更高要求。

2.1.6 表面粗糙度

零件的縱向結(jié)合面、軸承配合面、密封面表面粗糙度均為Ra1.6，而該表面尺寸精度要求高、切削面積大，需要刀具的有足夠的耐磨性。

3 解決方案

3.1 工藝路線確定

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特性，材料特性，尺寸特性，采用工序集中的原則，減少找正裝夾帶來(lái)的誤差。采用裝夾基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相同統(tǒng)一，減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換次數(shù)所帶來(lái)的的誤差；考慮到零件的回轉(zhuǎn)中心、零件基準(zhǔn)平面和縱向結(jié)合面三者之間的關(guān)系，其中基準(zhǔn)面和回轉(zhuǎn)中心均與縱向結(jié)合面有行為要求，故需在粗基準(zhǔn)建立后，首先加工保證縱向結(jié)合面，同時(shí)保證其平面度和粗糙度，并建立零件回轉(zhuǎn)中心和端面工藝基準(zhǔn)，并控制上下兩極結(jié)合面與粗基準(zhǔn)的尺寸即位置精度；考慮到裝分的重復(fù)定位精度，需組合加工定位銷孔和連接孔，采用間隙為0.005～0.025的帶引導(dǎo)錐的工藝銷與定位銷孔配合，以此實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程中的重復(fù)定位精度；因其裝配要求和結(jié)構(gòu)特性，需在組合狀態(tài)下車前、后端內(nèi)外形，同時(shí)控制零件的旋轉(zhuǎn)中心與縱向結(jié)合面的偏差及縱向結(jié)合面與基準(zhǔn)面的垂直度；為保證其裝配性和減少拆裝次數(shù)在組合車后，進(jìn)行組合加工前后端端面孔和槽；因在組合車、銑工序后零件的所有基準(zhǔn)均已建立，故可以進(jìn)行分解后內(nèi)外形鉆、銑加工。由此確定了零件總體工藝路線，詳見(jiàn)圖3。

圖3 工藝路線圖

3.2 找正和測(cè)量方法

3.2.1 找正方法

先車加工的夾具在車床上進(jìn)行初步的找正，零件通過(guò)夾具上的定位止口對(duì)零件進(jìn)行初定位，然后通過(guò)卡爪，在一定力矩下用限力扳手調(diào)整夾具位置，以此來(lái)達(dá)到車加工零件找正的目的。

3.2.2 測(cè)量方法

采用機(jī)床在線檢測(cè)的功能，由于受機(jī)床的在線監(jiān)測(cè)精度限制，在測(cè)量程序參數(shù)相同的條件下，通過(guò)監(jiān)測(cè)校驗(yàn)程序和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行效驗(yàn)，且為排除溫度差異的影響，每次校驗(yàn)、加工均需在熱機(jī)完成后進(jìn)行。以此達(dá)到對(duì)內(nèi)腔尺寸的測(cè)量目的。

3.3 深孔加工及其毛刺去除方法

3.3.1 深孔加工方法

在深孔入口端鏜深度為100mm的引導(dǎo)孔；在槍鉆前端設(shè)中部分別設(shè)置滑動(dòng)引導(dǎo)塊；采用油冷的內(nèi)冷方式，液壓力為2.5～3.5Mpa,流量為120～140L/Min，以達(dá)到良好的排屑效果，以此來(lái)保證深孔的孔徑尺寸和位置度要求。

3.3.2 毛刺去除方法

采用氣動(dòng)柔性反刮刀，配合內(nèi)窺鏡對(duì)相貫孔處的毛刺進(jìn)行去除。

3.4 鍵槽加工方法

為保證鍵槽的輪廓度要求和鍵槽的一致性，零件在組合狀態(tài)下，用龍門銑床和專用彎頭，采用粗、細(xì)精銑的方案，其中精加工采用高切削速度，低切削深度工藝，以此來(lái)保證鍵槽的輪廓度和一致性。

3.5 防銹措施

鑒于材料中鉻、鎳化學(xué)成分含量很低，零件易銹蝕的情況，在加工工序中采用油冷的方式，工序間的清洗選用洗烘一體的設(shè)備，用去離子水加溫清洗，并在清洗后進(jìn)行烘干，結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特性和材料特性，烘干時(shí)間不得少于3h。前后工序間隔4h以上時(shí)，需對(duì)零件涂抹防銹油。

3.6 表面粗糙度控制方法

由于控制縱向結(jié)合面、軸承配合面、密封面表面粗糙度，且切削面積大，這就需要刀具有很好的耐磨性和切削性。刀具增加涂層能使刀具基體上覆蓋硬質(zhì)、耐磨的金屬化合物薄膜，以此達(dá)到提高刀具表面的硬度和耐磨性[2]。故刀具基體材料采用硬質(zhì)合金，并涂覆材料為Ni-W-P的涂層；為有效降低切削熱對(duì)零件表面的影響，采用高壓內(nèi)冷的方式冷卻，以此提高刀具的耐磨性、使用壽命、降低切削熱對(duì)零件表面影響，最終達(dá)到表面粗糙度控制的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

此對(duì)開(kāi)機(jī)匣在燃機(jī)的渦輪部件中起到支承轉(zhuǎn)子、密封、連接的重要作用。其具有體積、重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料易銹蝕，技術(shù)條件要求高，裝配要求嚴(yán)，表面精度高等系列特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)特性、材料特性、尺寸特性的了解，結(jié)合其裝配要求和在整個(gè)部件中所起到的功用，分析出零件的加工難點(diǎn)。針對(duì)分析出的找正和測(cè)量、工藝路線確定、深孔加工及其毛刺去除、鍵槽加工、防銹、表面粗糙度控制等方面的難點(diǎn)，分別確定了總體工藝路線、找正測(cè)量方法、深孔加工及其毛刺去除方法、鍵槽加工方法、防銹措施、表面粗糙度控制方法，來(lái)解決零件加工中系列難點(diǎn)。達(dá)到對(duì)開(kāi)機(jī)匣滿足設(shè)計(jì)要求和裝配要求。