航空發動機新結構整體盤軸類零件的工藝研究

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

航空發動機新結構整體盤軸類零件的工藝研究

林大力

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

隨著航空發動機推重比的提高，關重零件越來越多地采用整體結構設計，技術要求越來越高。在發動機設計中首次推出的盤與軸頸設計成為一體的新結構是這種新結構的典例。本文對航空發動機新結構整體盤軸類零件的工藝進行了研究。

盤軸類零件；工藝性分析；工藝路線；封閉內腔加工

隨著新型航空發動機性能的不斷提高，其關重零件越來越多地采用整體結構設計，并大量采用鈦合金、高溫合金等難加工材料，加工工藝技術及裝備的改進和提升是必然的趨勢。新結構整體盤軸類零件的工藝研究，來源于研制生產一線，綜合考慮了零件圖的要求，生產量，設備等生產條件之間的關系。

1 課題的提出及意義

在航空發動機中，為減少聯接面和止口的數量，提高聯接和裝配的可靠性，同時增加零件的整體剛性。設計采用了前軸頸與盤軸類零件一體化結構的設計方案，這是一種全新的盤軸結構。這種新型整體結構的盤軸類零件，型面復雜，尺寸精度要求高，技術條件要求苛刻，其深腔結構敞開性極差，切削加工難度大。

2 新結構整體盤軸類零件的工藝性分析

2.1 新結構整體盤軸類零件的簡介

新結構整體盤軸類零件是航空發動機轉子重要關鍵件之一。盤軸類零件的盤部前直口與盤組合件為過盈配合， 其后直口與盤組合件為過盈配合。在航空發動機轉子裝配中起呈上啟下作用。盤軸類零件的基準表面C 在總裝中與中央錐的內表面為過盈配合， 中央錐外表面與三支點的軸承內鋼套配合， 基準表面D與中央錐的側面配合，同時頸部基準C、D是高壓壓氣機轉子的基準。內腔中表面ΦC與端面與引氣零件配合。表面G與中央傳動的主動齒輪配合。

2.2 新結構整體盤軸類零件的簡介

新結構整體盤軸類零件的材料為鈦合金TC17，模鍛件，屬難加工材料。其主要材料特點為：變形系數小、熱導率低、鈦合金材料的化學活性高、切削溫度高、導熱性差、單位面積上的切削力較大、刀具易磨損等特性。切削加工時熱量主要由刀具傳出，切削溫度高，粘刀現象嚴重，刀具粘接磨損及擴散磨損突出。

2.3 盤軸類零件的工藝性分析

新結構盤軸類零件是高精度前軸頸和輪盤的復合體，兼容著盤與軸頸的雙重功效，這種特殊設計結構提高了航空發動機性能，加大了工藝加工難度，使工藝流程復雜、無損檢測種類齊全。新結構盤軸類零件，作為航空發動機制造中難度最大的零件之一，有必要對其工藝性進行分析。

關鍵加工難點在于嚴格的形位公差，如何在加工中得到保證。設計圖紙技術條件中：要求控制在0.01內的有3項，控制在0.013內的有2項，控制在0.015內的有4項。因這種薄壁結構容易受各種切削力、噴涂、噴丸等加工過程影響產生變形，必須在工藝安排及加工過程中采取有效的措施防止變形對精度的影響。

關鍵加工難點之二是由前軸徑大端的幅板內型面與輪盤幅板前側的型面形成的彎狀斜深槽的加工，這是以往所未見到的異常加工部位將。這個由盤與軸頸形成的封閉腔，切削中刀具和內腔型面容易產生碰撞、干涉。特別是干涉處理，成為能否加工出完整、準確型腔的重要前提。必須設計特殊形狀的非標刀具，進行無人干預模擬仿真。

3 盤軸類零件工藝路線的制定

3.1 新結構整體盤軸類零件的簡介

為減少和消除變形對精度的影響，保證整體盤軸類零件極為嚴格尺寸與形位公差，其工藝路線劃分為三個階段：粗加工階段，細加工階段，精加工階段。

3.2 工序的集中與分散

生產數量較小時，工序不宜分散，宜集中。工序集中有利于高效率的數控機床的安排，很多表面在一個工序中加工，便于保證較高的表面間相互位置的精度。隨著車銑復合加工中心設備的引進，為工序的集中提供了廣闊的發展空間，一次裝夾可完成精車、鏜孔、銑槽、插齒等多個工序，這是單一設備所無法達到的。

3.3 盤軸類零件常規工藝路線的分析

（1）為了保證在毛坯狀態及早發現材料缺陷，粗車之前安排了超聲波探傷工序，由于超聲波探傷的表面粗糙度要求較高，在超聲波探傷工序之前安排了車超聲波檢查面的工序。超聲波探傷工序的盲區余量單邊徑向余量≥4mm， 單邊軸向余量≥4mm。

（2）由于粗車切除的余量較大，切削力、切削熱以及內應力重新分布等因素引起的工件的變形就較大，為消除內應力，在粗加工之后安排了消除應力熱處理工序。

（3）為進一步檢查材料缺陷，在消除應力熱處理工序后，安排了X射線檢查工序。

（4）最終檢驗之后，安排了涂干膜潤滑劑、平衡等工序。

3.4 盤軸類零件車銑復合工藝路線的分析

銑車復合工序盡量安排在零件的精加工階段，也即零件的最終成形加工階段。粗加工或半精加工工序安排在常規設備上進行。這樣一方面可以規避高端設備資源緊張的情況，另一方面最大化的將車、銑、鉆、鏜等工藝集中，一次性加工完成工件大部分加工，提高零件加工精度。

3.5 兩種工藝分析

相對與常規工藝69道工序，車銑加工工藝只有50道工序，縮減了19道工序。通過粗車與細車合并，精車集中并與鉆鉸孔、銑槽等工序合并，工序的集中性顯著提高，加工精度與單件加工效率大大提高。

4 盤軸類零件封閉內腔加工和走刀路線制定

4.1 加工方法的選擇

盤軸類零件的半封閉內腔是盤軸一體件形成的特殊結構，是由實心模鍛件加工形成，加工余量大，材料的導熱性差，是該件加工的難點和重點，尺寸要求較精密且難以測量，加工中需要選擇非標準的合金刀具和機夾刀具進行加工。

4.2 盤軸類零件內腔的粗加工

盤軸類零件內腔的粗加工，由于加工余量大，選擇剛性和穩定性較好的合金刀具，使用排刀圖進行車加工，提供穩定和高效的去除材料的效果，使用較大的切屑參數以提高加工效率，節省加工時間，為零件批量生產確定穩定的加工參數和刀具消耗。

4.3 盤軸類零件內腔的精車加工

盤軸類零件的精車內腔加工，選擇適用于加工TC17材料的機夾刀具和刀片，刀柄具有較好的剛性和穩定性，刀片具有較好的耐熱性和加工穩定性，同時有較好耐磨性，能保證高速加工時達到零件的尺寸要求和質量要求。

[1]張耀宸.機械加工工藝設計實用手冊[M].航空工業出版社，1993.

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