薄壁閉式葉輪加工變形控制技術研究

陶勇超

摘 要：以某型機薄壁閉式葉輪為研究對象，利用公司現有加工條件及設備，合理改變原有工藝規程的工藝方法及加工路線，在不改變工裝、刀具，不增加加工成本的情況下，探索出薄壁閉式葉輪加工的變形控制技術。經過多輪、多種工藝方法的工藝試驗驗證，最終找到了薄壁閉式葉輪加工中的車削及銑削變形有效的解決措施。通過該文的研究成果能對類似零件的研制加工有所借鑒。

關鍵詞：薄壁 閉式葉輪 變形

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0050-01

1 薄壁閉式葉輪加工變形控制技術的提出和研究現狀

1.1 問題的提出

隨著航空事業的飛速發展，發動機制造的精度要求越來越高，更新換代時間越來越短。作為航空產品生產單位，對新品研制周期要求越來越短，產品結構更加復雜，產品質量要求越來越高，加工的難度也越來越大。對于發動機中的葉輪部件提出了更高的使用及加工要求。

某型機薄壁閉式葉輪，為該機型關鍵部件，材料為鋁合金，尺寸相對較大，葉片及輪輻比較薄，葉片最薄處約為0.25左右，并且尺寸精度及葉型形位公差要求高。在整個加工過程中必須采取有效方法嚴格控制車削及銑削變形。加工難度大，生產研制周期長。整個研制過程中，因其尺寸及形位公差要求嚴格，無現成經驗可以借鑒，超差報廢嚴重，缺少必要的刀具、量具、有效工裝，工藝路線及加工方法需多次改進。

1.2 研究現狀

幾年來，已經過多輪試驗研究。工藝方案及工藝路線經過多次更改，但加工中仍無法有效控制零件變形，試驗件大量報廢，今年再次投入一批產品進行試驗摸索，總結以往經驗，并對零件切削加工中的變形點進行分解控制，聘請專家對出現的問題逐項解決，逐項固化。

2 薄壁閉式葉輪車、銑削變形控制技術

2.1 選擇和制定合理的工藝方案和路線

薄壁零件的幾何形狀和技術要求各不相同，根據零件的特點和要求選擇合理的工藝方案，是保證薄壁零件加工質量的關鍵。在加工過程中防止產生變形和保證產品精度要求，工序的設置、夾具的設計等均應以此為基礎。工藝規程在編制開始時，就要從零件的毛坯形狀、余量大小、熱處理方法等方面考慮零件加工過程中的變形。對于該薄壁閉式葉輪，粗、半精加工后需要進行時效處理，進一步消除其內應力，穩定零件的尺寸精度，消除在精加工時產生的變形量。

該薄壁閉式葉輪的加工，分為粗加工和半精加工及精加工，粗加工后進行一次消除應力處理，半精加工后再進行一次消除應力，每次消除應力后，都需對基準進行一次加工，且保證基準的準確和統一，并反復對薄壁閉式葉輪的內、外表面進行加工，減小零件的變形。

在薄壁閉式葉輪的加工過程中，加工余量的分配是否得當，將影響其加工質量。加工余量的分配必須適當。同時為了保證零件的加工精度，精加工工序前的余量需很小，但一般仍要分多次走刀將其加工到最終尺寸。

2.2 防止薄壁閉式葉輪裝夾時變形

薄壁閉式葉輪在加工過程中，采用合理的工藝路線等工藝措施，是保證產品精度的重要保證，另一個重要的環節就是控制裝夾。零件加工前的合理裝夾，是防止因裝夾不當引起零件變形，保證其加工質量的一項重要措施，裝夾前找正零件外徑跳動0.01以內，夾緊后保證外徑四等分點的跳動變化在0.01以內。

2.3 薄壁閉式葉輪定位基準的選擇和夾具定位基準面的要求

在車削加工薄壁閉式葉輪時，一般都是旋轉表面和由旋轉而成的平面。加工前應根據該零件的形狀、特點和要求，分析選用哪些表面和部位作為工藝定位基準，以保證零件的加工精度要求。一般來講要將設計基準作為工藝基準，選用精度要求較高的表面作為定位基準，或盡可能選擇零件裝配或工作的表面作為加工用的定位基準。才能更好地保證產品的形狀和位置精度的要求。定位基準應該選擇剛性較強的位置，在加工中可以避免因受切削力和夾緊力的影響而產生大的變形。

薄壁閉式葉輪的定位基準，必須具有足夠的剛度，保證定位可靠，并具有較高的幾何精度和表面光潔度。可以在零件上人為的設定加工基準，待精加工時去除該基準。

夾具的安裝基準定位面，具有較高的幾何精度、定位精度及表面光潔度。這些基準特征在安裝時要保證和機床的旋轉中心的同心度和垂直度要求。對于精加工工序用的工裝夾具來說，夾具安裝在機床上，首先應該檢查它的定位基準面對于機床主軸旋轉中心是否同心或垂直，如果不能達到零件加工精度的要求，就要對夾具定位面進行修正，使其滿足產品加工精度的要求。

在薄壁閉式葉輪加工中，對零件夾緊部位的選擇及對夾具夾緊件的要求如下。

薄壁閉式葉輪最突出的特點就是剛性弱，承受不了大的夾緊力。零件裝夾在工裝夾具上，即使安裝合理，穩定可靠，往往由于夾緊力不合適，或者夾具夾緊零部件結構不合理，或者操作時不注意等因素，致使零件產生變形，不能滿足產品質量的要求。因此在加工時，正確地安裝和夾緊零件，是防止零件產生變形的兩個重要環節。

零件裝在夾具上，首先檢查零件定位基準和夾具定位面是否自由吻合，如不吻合要分析原因或修正零件定位基準，修正夾具的定位基準面，使其緊密吻合。

夾緊薄壁閉式葉輪時，夾緊力要均勻一致，用幾個壓板去壓緊零件時，要按照對角交錯的順序，壓緊零件，在零件外徑或相關部位，用表壓力來控制壓緊力的均勻分布及變形。精加工前，進行一次松夾操作，消除粗加工時產生的應力。

2.4 薄壁閉式葉輪加工中振動控制技術

精車削基準前，因葉型已經基本形成，去除余量比較大，精車削產生振動，造成加工表面質量差，尺寸及形位公差超差。精車削時，因刀具懸伸長，必須采用減振刀桿，并在刀桿上及葉片之間纏繞橡皮筋，能夠起到吸振的作用，但纏繞力需適當，否則將造成葉輪葉片等的變形，造成超出。

3 薄壁閉式葉輪工裝應用原則

薄壁閉式葉輪工裝設計及拼裝時，必須考慮裝夾部位的剛性，裝夾力對零件變形的影響。因零件基準在葉型上，必須拼裝出輔助找正基準，增加剛性的輔助支點，夾具必須保證零件的加工質量，還不能因為夾具對零件造成破壞。

4 結語

經過多輪研制、不斷的調整工藝方法，減小了薄壁閉式葉輪加工中的變形，保證了產品質量，降低了生產成本；該控制技術仍需在后續該類零件的研制中進行完善，希望該文能對該類零件的研制起到借鑒作用。

參考文獻

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