工作葉片榫槽工藝方案分析

崔智勇， 謝芳， 郝小紅

（中國人民解放軍第五七一九工廠,四川彭州611936）

0 引言

渦輪工作葉片根部承受的離心力高達(dá)100～150 kN，榫頭處于1 000℃左右的高溫下工作，材料的機(jī)械性能大大地降低。因此，渦輪葉片采用樅樹形結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)允許榫頭連接處受熱后能自由膨脹，以減少熱應(yīng)力，同時(shí)榫頭的傳熱性好，使葉片上的熱量容易散走。榫槽的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高，表面質(zhì)量要求很高，對加工方法、加工參數(shù)都有嚴(yán)格的要求，以防止在榫頭表面造成加工缺陷。

1 產(chǎn)品分析

工作葉片材料是DZ125定向凝固鎳基鑄造高溫合金，由精密鑄造而成，是我國目前性能水平最高的鑄造高溫合金之一，具有良好的中、高溫綜合性能及優(yōu)異的熱疲勞性能，材料韌性大、硬度高。葉片見圖1。

高溫合金含有許多高熔點(diǎn)合金元素如鐵、鉻、鎳、鈷、釩、鉬、鎢、鉈、鉿等，并與其他元素構(gòu)成定向凝固柱晶高溫合金，切削加工時(shí)塑形變形較大。

圖1 工作葉片

圖2 工作葉片榫槽圖

如圖2所示，榫齒的外形是主要工作面，具有復(fù)雜的線型，榫齒與內(nèi)型孔壁的最小壁厚2.3 mm，型面與安裝面的定位尺寸精度18.31±0.04 mm，配合型面的面輪廓度分別為0.02 mm、0.07 mm，榫頭錐度沿滾棒在榫頭軸向長度≤0.02 mm，榫頭對對稱平面的偏移≤0.085 mm，一面榫齒相對于另一面榫齒的平行度誤差≤0.02 mm，榫槽表面不允許有劃痕。在保證外形尺寸的同時(shí)，還要保證裝配位置尺寸及型面的形位公差，這樣就對砂輪及滾輪的制造精度要求很高，否則將影響工作葉片的配合間隙，過緊和過松都會(huì)影響工作葉片的穩(wěn)定性和安全性。

2 工藝性分析

通過對產(chǎn)品的分析，在傳統(tǒng)的機(jī)械加工領(lǐng)域里，銑削加工和拉削加工都無法滿足定向凝固鎳基鑄造高溫合金樅樹形榫槽的加工性能。工作葉片榫槽采用緩進(jìn)磨削工藝，利用往復(fù)磨削的砂輪和砂輪線速度，增大磨削深度，工作臺(tái)緩速進(jìn)給，使砂輪以銑削方式工作，取得銑削的效率，達(dá)到磨削的精度和粗糙度。工作葉片材料韌性大、硬度高，榫槽配合面精度0.02 mm，表面質(zhì)量Ra1.6以上，緩進(jìn)磨削工藝很好地解決了這些技術(shù)關(guān)鍵。

緩進(jìn)磨削機(jī)床必須滿足大切深、緩速進(jìn)給、強(qiáng)冷卻的要求，且功率大、剛性好、工作臺(tái)低速進(jìn)給穩(wěn)定，主軸系統(tǒng)精度高，具有冷卻液容量大的循環(huán)過濾系統(tǒng)。

榫槽磨削用砂輪選擇要求硬度在超軟范圍內(nèi)，組織為最疏松的級別，大氣孔率，氣孔大小應(yīng)與磨料粒度相適應(yīng)。砂輪型面采用滾輪修磨成榫槽形狀，見圖3，再用成型砂輪磨削工作葉片榫槽。

磨削的夾具有較好的剛性，定位精確高，見圖4。此次WS10高渦葉片榫齒磨削夾具采用大、小夾具配合使用設(shè)計(jì)模式，小夾具負(fù)責(zé)夾持零件，大夾具作為底座起10°角設(shè)計(jì)，保證榫槽與葉身的夾角為10°，小夾具上零件定位采取六點(diǎn)定位，一次可以裝夾2件葉片。

圖3 成型滾輪

圖4 磨削夾具

如圖5所示，葉片榫槽采用投影測量檢查型面，工作葉片安裝在專用投影檢驗(yàn)夾具上，測量夾具采取與磨削夾具相同的六點(diǎn)定位，保持葉片投影時(shí)平行與垂直，放大20倍投影與放大圖進(jìn)行比對，確定榫槽形狀尺寸是否合格。

3 結(jié)論

經(jīng)實(shí)踐證明，采用緩進(jìn)磨削加工樅樹形工作葉片榫槽是一種有效的工藝方法，能保證榫槽的外形尺寸精度、形位公差，避免零件在加工過程中產(chǎn)生的變形，防止零件表面在加工過程中造成的燒傷、裂紋等缺陷，產(chǎn)品合格率在90%以上。

圖5 測量定位夾具

［1］《航空制造工程手冊》總編輯委員會(huì).航空制造工程手冊［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1994.

［2］《中國航空材料手冊》編輯委員會(huì).中國航空材料手冊［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］ 李嘉榮，熊繼春，唐定中.先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料與技術(shù)（上、下冊）［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2012.

［4］《航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)用材料數(shù)據(jù)手冊》編委會(huì).航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)用材料數(shù)據(jù)手冊［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2008.