航空用高溫合金渦輪后軸工藝研究

（沈陽黎明航空發動機制造（集團）有限公司，遼寧 沈陽 110043）

航空用高溫合金渦輪后軸工藝研究

王世威

（沈陽黎明航空發動機制造（集團）有限公司，遼寧 沈陽 110043）

高溫合金渦輪軸的加工是航空發動機制造領域的關鍵技術。屬于典型的難加工材料，本文從生產實際出發，收集并總結了以往軸類零件的加工經驗，針對高溫合金渦輪軸的材料特性和結構特點，制定出了一套合理的加工工藝路線，有效地把零件的加工尺寸控制在了公差范圍內。

高溫合金；深孔；花鍵；加工工藝

高溫合金又稱熱強合金、耐熱合金或超合金，高溫合金材料成分復雜。高溫合金按基體不同可分為鎳基、鐵基和鈷基三類。高溫合金特點屬于難加工材料，其切削力大，約是普通鋼材的1.5～2倍；切削溫度高，最高達1000℃以上，表面硬度比基體硬度高50%～100%，加工硬化現象嚴重；塑性變形大，在室溫下的延伸率就可達30%～50% ；刀具易磨損，常見的有擴散磨損、邊界磨損、刀尖塑性變形、月牙洼磨損及積屑瘤。

由于渦輪后軸結構和形狀特殊，因此需要設計、制造特殊結構的專用刀具和定制選用機夾刀具，通過在數控機床上進行試驗性加工，收集試驗數據，摸索加工規律，吸收借鑒以往相同材料類似結構零件的數控加工經驗，解決該軸軸身和大頭薄壁幅板內外型面等加工技術難點。最終將該軸件的加工工藝路線訂制如下：

毛料圖表—打頂尖孔—車超聲波第一面—超聲波檢查—粗車小端外圓—粗車大端外圓—粗車引導孔—鉆深孔—平總長、切試件—熱處理—細車軸身外圓—車引導孔—擴深孔—鏜小孔—腐蝕檢查—穩定處理—車修壁厚差—精車打端外圓引導孔—鏜孔—粗鉸孔—鏜引導孔—精鉸孔—鏜大頭內孔—車修壁厚差—細車外圓—鏜小頭內孔—半精車大頭—半精車軸身—鏜小頭內孔—鏜大頭內型面—磨小頭內孔—精車大頭—精車軸身—磨外圓—車大頭內段面和螺紋—加工滾齒試件—滾齒—鏜端面孔—加工臺階孔—去毛刺—鉆大頭錐面斜孔—去毛刺—鉆鉸小頭孔和軸身小孔—去毛刺—銑軸身槽—去毛刺—拋光內孔—拋光外圓—清洗—熒光檢查—清洗—最終檢查—清洗—動平衡—清洗—噴丸—修復噴丸表面—檢查—清洗—油封。

在渦輪后軸工藝路線渦輪軸的深孔加工歷來是軸類零件加工關鍵之一，由于其孔深，又是封閉式加工，排屑困難，加工難度大。加工的順序依次為：鉆鏜引導孔、鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、磨孔，當然具體到某一根軸不一定每項工藝都有，但鉆鏜引導孔、鉆孔、擴孔、鏜孔是必不可少的。該軸件主要通過下列工藝方法加工，各種工藝方法的用途、加工難點及解決措施如下：

直接鉆深孔極易鉆偏，為此在鉆孔前先在軸頭部鉆一個較大直徑的孔，并將此孔鏜正，作為鉆孔時引導用。在實體材料上鉆孔，去除內孔大部分余量。加工時鉆頭細長剛性不好，為此在鉆孔前先鏜一直徑比較大的引導孔，這樣可以使鉆孔時鉆頭桿部直徑較大，增加了鉆頭的剛性，并作為鉆孔時引導作用，減少了孔的偏斜。為了解決排屑困難、切屑熱不易擴散的問題，采用內排屑噴射鉆頭，進行強制有效地排屑和冷卻。在鉆孔的基礎上擴孔，進一步去除余量為精加工做好準備。鏜孔是應用最多的工藝方法，在軸的內孔加工中要反復進行鏜孔，用以修復熱處理后的變形、減少軸的內外壁厚差，最終使孔的尺寸、形狀、位置精度符合設計圖樣的要求。鏜孔存在的主要問題是鏜刀桿剛性差、易變性，致使最終的尺寸精度不易保證。為了解決這個問題，需要增加燙到的剛性，可在鏜刀桿上加導條支承刀桿；設計防振刀桿，減少刀具的振動，可選用硬質合金刀桿但成本太高。也可采用增加系統剛性的方法，在待鏜的內孔內澆注低熔點合金來支承刀桿，放置刀桿的變形。當鏜孔后尺寸精度仍達不到設計圖樣要求時，可采取鉸孔加工內孔，使之滿足設計圖樣要求。鉸孔只能提高尺寸精度，不能改變位置精度，因此必須在鏜孔的基礎上進行鉸孔。此外，孔的精度高，相應的鉸刀精度就更高，制造難度大、使用壽命短，成本高。為解決鉸刀的成本問題，采用可調節的浮動鉸刀。當孔的尺寸精度和粗糙度要求更為嚴格時，用鏜孔、鉸孔不能達到設計要求時，必須用磨孔工序。如果只是個別圓柱孔需要磨削時，可采用普通深孔內圓磨床，如果是內孔型面均需要磨削時必須采用數控內孔磨床。

花鍵加工也尤為重要，該軸的外花鍵通常在萬能螺紋銑床采用萬能螺紋銑床采用展成法以滾銑刀銑削而成。要求高的花鍵在銑削后還要進行磨削。在萬能螺紋銑床31NU220/2000上用展成法加工出漸開線齒型，在齒型方向上留0.15mm磨加工余量。加工前先調整機床，將被加工工件或標準心棒安裝于機床兩頂尖之間，在外徑的兩個互相垂直方向找正，在300mm長度上，檢查中心線對機床導軌的跳動不大于0.01mm。銑花鍵應保證：分度圓上弦齒厚；齒向偏差（工藝保證）：±0.05；齒根圓直徑：；齒根圓轉接半徑：跨棒齒距MR：71.04。在花鍵磨床3451A上用成形磨削法進行磨削，選用砂輪的規格是：P90-X10-X20 WA60LMV35并利用成形打光刀將砂輪修正成型。打光刀材料為CrWMn硬度為HRC 61-64。砂輪成型時，打光刀安裝在機床床面的專用支架上，使砂輪和達到光接觸并保持一定的壓力二者慢慢的旋轉，利用打刀光上1.5～2mm寬槽的刃口將砂輪擠壓成型，為避免槽的刃口在砂輪上形成重復軌跡，故將槽距做成不等角。加工前須用修整后的砂輪，在試件上加工一個齒并做好標記，送檢驗單位檢查齒型誤差和齒根圓轉接半徑，經檢驗合格后方可繼續加工零件。每修正一次砂輪并經檢驗試件合格后，加工兩件數目不多于兩件。而且第二件加工完畢后，必須在試件上磨削一個齒，做好標送檢驗單位再次檢查齒型誤差和齒根圓轉接半徑，零件的齒型誤差和齒根圓轉接半徑不再進行檢查。首末件檢查的結論單應妥善保存，最終檢驗時隨同零件一起提交校驗。

[1]航空鑄造渦輪葉片合金和工藝發展的回顧與展望[J].航空制造技術.

[2]高溫合金渦輪葉片緩進磨削工藝研究[J].上海交通大學，2009.

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