某新型壓氣機盤車削加工方法淺析

孟震威 時 旭 李萌萌 鄭 飛

（沈陽黎明航空發動機集團（有限）責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

隨著我國航空業的不斷發展，新型發動機的研制進程進一步的加快，其中某型機零級輪盤作為高壓壓氣機的第一級，采用新型鈦合金材料TC8-1，該零件外廓尺寸遠小于常規壓氣機盤類零件且結構復雜，給加工帶來很大困難，需從工藝路線、刀具結構、切削用量、模擬加工和數控程序編制等方面對該零件進行分析、研究。掌握這種小直徑結構盤類件的加工技術，能夠提升航空發動機新型鈦合金輪盤的制造水平。

2 零件結構特點

該零件外徑尺寸僅Φ315mm，具有兩側對稱的輻板結構，輻板壁厚較薄；零件單側具有對稱的雙卡圈槽結構，深度1.8mm，槽寬1.6mm；零件的整體粗糙度較小,僅有部分倒角處要求粗糙度1.6，其他均為0.8μm ，零件整體尺寸雖小，但卡圈、凸耳、等結構俱全，給機械加工帶來較大難度。

3 零件加工難點及解決方案

零件的車削加工難點主要由四個方面構成：

1 ）由于零件內外徑尺寸較小以及加工設備和刀具的限制，走刀軌跡需要考慮到多方因素，零件具有較薄的壁厚和較厚的輪轂，較大角度的刀具在加工中易發生干涉，而采用直柄球頭刀具進行加工，由于球頭刀具刀R較大，無法完成止口處 圓角的加工要求；又考慮采用直柄球頭刀與菱形刀片互相接刀的加工方式，如接刀部位選擇在基準面上，又不能滿足該表面平面度0.02mm的技術條件。經過分析考慮刀具的實際使用情況提出兩種解決方案：第一、采用刀角為38度的偏刀桿配合R0.4的菱形刀片，將基準面與輪轂部位一次加工完畢。其優點是：加工一次完成，零件輻板無接刀痕跡，缺點是：刀具角度較小，刀尖處切削刃使用較少，切削深度較小，加工效率和表面質量有所降低。第二、采用球頭刀具與偏刀相結合，在設計允許的部位進行接刀，接刀部位位于基準面與斜輻板交接處，圓弧軌跡切出。其優點是：零件接刀不影響零件要求的尺寸及形位公差，能夠保證基準面的平面度要求，球頭刀具能夠進行大余量的切削，加工效率較高。缺點是：接刀位置偏低，由于零件輻板較短，零件加工中需要在輪轂上安裝壓蓋，在壓蓋的設計上要考慮到刀具是否干涉【1】。經過實際應用，第二種方式更有利于零件加工。

2 ）零件工藝尺寸鏈較長，設計給定部分尺寸公差較大，積累誤差也相應增加，如不重新規劃零件尺寸，則在精車第二面工序及加工中由于測量方式的不同而存在一定的尺寸超差隱患，另外由于零件結構特殊，部分測量表面較小，需要進行測量基準的轉換，由于其公差較大，在零件后期的榫槽拉削工序、凸耳的銑削工序中零件的一致性將出現較大的誤差，測量數據也會出現一定的問

題，導致工藝人員需要不斷的根據實際加工尺寸進行數控程序的調整，既容易造成零件的超差也增加了工藝人員的工作量，需要從精車加工的尺寸分布上進行改進。第一、對影響后續加工精度的過大尺寸公差進行扣嚴。零件精車第一面的三層臺階面作為拉榫槽工序的測量基準面，其尺寸原為和1.5±0.07，將其扣嚴至和1.5±0.02 ;零件內孔尺寸公差也進行扣嚴到0.05mm 。第二、進行尺寸鏈的換算，考慮到精加工第二面，車加工端面中需要同一程序段加工，而零件的總厚度尺寸與輻板壁厚尺寸公差等級不同，若以總

厚為測量基準則輻板尺寸存在超差隱患。另外，在后期的銑凸耳工序中，銑刀的對刀面與尺寸鏈指向面相反，數控程序編制中需要計算相關尺寸的實際測量值，如按同一銑加工程序進行加工則存在切削量不足的現象，其誤差可達0.6mm，需將其尺寸鏈進行調整，總厚度25.935分解為第一面軸向尺寸10.075、輻板壁厚4.96和第二面尺寸10.9；第二面尺寸4.538由軸向尺寸10.9和6.362保證 ；卡圈處壁厚尺寸22.758分解為第一面軸向尺寸10.075和第一面基準到卡圈距離12.683，公差上也相應的進行調整【2】。調整后的尺寸能夠使后續加工尺寸誤差控制在0.06mm以內，對于凸耳處徑向0.4mm的公差來說，可完全將數控程序進行固化。

3 ）零件雙側卡圈的車加工，由于其上下卡圈對稱分布，且槽寬相等，無論首先加工哪一側卡圈，第二個加工的卡圈處的鐵屑都會沿著刀具排屑槽擠入已加工的卡圈中，鐵屑一旦嵌入卡圈便可造成打刀現象的發生。為了避免打刀現象，可以從以下幾點進行改善：第一、在刀具的選用上使用略窄于卡圈槽的刀具，使切出的切屑小于卡圈寬度，即便鐵屑進入已加工的卡圈，也較容易通過冷卻液將其帶出。第二、減小刀具單次切入深度，根據卡圈槽深度將進刀次數和退出排屑次數增加，在退刀過程中，設置準停指令，清除切屑并完成退刀過程。在卡圈槽深和槽寬的測量上，可以采用樣膏和成型樣板進行檢測，實際應用中，由于樣膏測量精度較低、測量用時較長而不利于生產，故優先選擇使用槽寬樣板和槽深樣板的通端、止端比對檢測方式。

4 ）零件的精車加工由于外圓與內孔尺寸較為接近，整體呈圓環狀，在裝夾方式上，不能采用四爪卡盤進行裝夾，易發生扭曲變形。實際生產中采用外側壓板，內部壓蓋轉換壓緊的方法，使零件軸向受力，有效降低扭曲變形的幾率【3】。為了保證基準的平面度要求，在零件的半精車加工中將近外圓面與輪轂面保持一致，在腐蝕檢查后增加平端面工序。

結語

該零件外圓尺寸小，結構復雜，給加工帶來很大困難。本文從工藝路線、刀具結構、切削用量、模擬加工和數控程序編制等方面對整個機械加工過程進行了分析、研究。從加工過程入手，給出了加工難點的解決方法，為TC8-1新材料高壓壓氣機零件的加工開辟了道路，為日后的零件加工積累了豐富的經驗。

[1]透平機械現代制造技術叢書編委會.盤軸制造技術[M].北京：科學出版社，2002.

[2]曹偉，陳慶焦，熊麗萍. 工藝尺寸鏈的應用實例[J].機電工程技術，2013（06）.