某轉子葉片輥軋工藝

喬思佳李深亮

（1.駐黎明發動機公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發動機集團（有限）責任公司，遼寧 沈陽 110043）

某轉子葉片輥軋工藝

航空發動機葉片葉身型面采用精密冷輥軋工藝制造是葉片制造技術的一大進步。它不僅使加工技術簡化，更重要的是可使葉片的機械性能、產品質量和使用性能得到提高。因此，這項技術得到世界上航空發動機制造業的高度重視。在美國，20世紀50年代末就開展了葉片精密輥軋技術研究并應用于生產。俄羅斯將輥軋技術應用于三代機高溫合金壓氣機葉片制造已二、三十年，目前仍在航空發動機制造企業廣泛應用。在我國20世紀60年代末，中航工業黎明在全國率先開展了馬氏體不銹鋼高速錘擠壓、輥軋復合形變熱處理新工藝的試驗研究，并獲得成功。近些年又研制成功了某高溫合金轉、靜子葉片已批量生產。國內外實踐表明，精密冷輥軋技術應用于航空發動機葉片制造是先進的、成功的，使用是可靠的。

1 葉片結構分析及工藝路線制定

（1）結構特性分析。某轉子葉片具有圓弧形榫齒、大緣板、進排氣邊緣呈仿棰形、型面嚴重彎曲等特點。葉片圓弧形結構的榫齒，齒型節點尺寸嚴格，加工難度大，裝夾、定位穩定性差；大緣板結構增加毛料鍛件的鍛造難度和輥軋過程咬口的咬入位置的控制；進排氣邊緣彎曲嚴重，在輥軋過程中影響金屬的流動性。（2）加工工藝路線。工藝路線：毛料鍛件→榫齒加工→精軋葉型→型面邊緣加工→榫頭及緣板加工→熱處理→無損檢查→表面處理。

2 輥軋毛料設計

（1）確定軋制變形量。較小的軋制變形量可以降低輥軋難度、減少裂紋出現、減輕設備和工裝的磨損。但較小的變形量增加了軋制前鍛件的精度要求，因此軋制變形量確定為30%～45%。（2）鍛件毛料設計。鍛件采用等比例余量的板狀葉身設計，即在葉片同一截面上具有相同的比例余量，采用此結構的葉片鍛件具有軋制穩定，變形量均勻的優點。在軋制過程中，進、排氣邊緣軋制的變形量接近，金屬的流速基本相等，兩側的軋制力接近平衡，可以減少軋制過程中的側彎。此外，依據體積不變原理，將葉身型面長度進行縮短計算，減少材料消耗，板狀葉身設計也降低鍛造難度。

3 輥軋模具設計與制造

（1）前滑系數確定。葉片輥軋過程中，前滑系數與材料的類型、狀態以及軋輥的直徑等因素有關，常規的方法是采用軋制平板坯料的試驗所確定的。在葉片軋制過程中，根據材料前滑系數對軋機軋輥與夾頭的運動速度進行調整。（2）旋轉中心確定。確定旋轉中心是使葉片型面上各點在軋制過程中盆、背兩側面相對于旋轉中心具有相對平均的線速度，其誤差在軋制過程中通過調整來修正。（3）進排氣邊緣處理。葉片進排氣邊緣的空間曲線，增加了模具氣邊緣的處理難度，邊緣處理的結果不適合，容易在葉片邊緣形成褶皺。在延伸時需要設計人員在三維模型中反復修整，直至完善。（4）輥軋模具的制造。葉片輥軋模具采用Cr12MoV的棒材，通過三墩三拔鍛造成環形毛坯，以保證其內部的組織致密。鍛件采用粗車→磨內圓→磨基準面→粗銑葉型輪廓→熱處理→精加工基準→切斷扇面→精銑輥軋型面→人工拋光→磁力探傷等工序進行加工。模具采用熱處理后進行精加工，防止了熱處理過程中的型面變形，因此，模具型面可以獲得加高的精度。

4 型面輥軋加工的調整技術

葉片型面的成型精度與輥軋機狀態、輥軋模具設計水平與制造精度、鍛件結構形式、軋制變形量、軋制方向、軋制成型速度、潤滑條件以及材料自身的特性變化等諸多因素有關，在軋制葉片的過程中會出現與設計要求背離的現象，主要靠人工修模來解決。在修模前可使用葉片與軋模之間的調整，解決葉片在輥軋過程中產生的型面側彎、偏移、弓彎、咬入位置不準確等技術問題。（1）水平方向移動的調整。水平方向的調整主要是解決葉片榫頭位置與葉身向進排氣邊方向的偏移、葉盆與葉背型面錯移的問題，在葉片的主要表現形式是葉盆或葉背面的進、排氣一側透光。錯移產生的原因：上、下軋輥中心位置產生錯移。調整方法：調整上、下兩個軋輥或調整任意一個軋輥的水平位置。（2）軸方向移動的調整。在軋制過程中，咬口實際位置與理論位置不重合，容易撞傷或咬傷榫頭或葉片型面不正確。錯移產生的原因：葉片夾頭長度誤差、軋模角度誤差與軋機裝配誤差等原因。調整方法：調整軋機上夾具伸縮位置。（3）繞軸向旋轉的調整。葉片軋制過程中，榫頭與葉身與理論型面的分為兩種情況：①葉身整體相對于榫頭中心偏轉，②葉根位置正確而葉尖偏轉。偏轉產生的原因：葉片夾頭與軋模的型面的相對位置不正確。調整方法：主要是上對活動機架上部的仿形機構進行調整。（4）豎直方向移動的調整。在葉片軋制過程中常出現葉身相對于榫頭中心向葉盆或背方向偏移。產生的原因：葉片夾頭的中心與輥軋模具的中心不在同一水平位置。調整方法：只有通過葉片夾頭來調整榫頭Y方向位置。在夾頭上使用偏心鍵來調整Y方向的位置。（5）繞豎直方向旋轉的調整。葉片的軋制過程中，常出現葉片型面在進排氣方向上的出現側彎。產生的原因：葉片毛料的邊緣厚度不協調或者葉片中心與輥軋方向形成偏角。調整方法：調整夾頭轉角。（6）繞水平軸旋轉的調整。在葉片軋制后出現葉身相對于榫頭扭轉的情況，表現為：葉身余量偏向葉盆或葉背。產生的原因：裝夾葉片的夾頭向上或向下傾斜或者上下軋模的旋轉線速度不一致。調整方法：通過固定角度塊來調整。通過采用調整技術，使輥軋過程簡單化，縮短了葉片軋制的周期，降低了模具修整的難度。

5 葉片檢測

（1）幾何尺寸及理化檢測。經檢測，采用輥軋工藝軋制的葉片型面幾何尺寸滿足設計圖及相關標準要求。對成品葉片進行理化檢測，榫頭、R轉接、葉身縱橫向晶粒度都達到10級或更細，晶粒度明顯優于標準要求，力學性能指標高于標準要求約20%。（2）葉片振動疲勞性能。按照相關標準，對某轉子輥軋與數控銑兩種葉片以650MPa為考核應力進行疲勞測試，輥軋葉片循環次數明顯優于數控銑葉片。

結語

通過坯料的設計與制備、輥軋工藝路線的制定、輥軋模具的設計與制造、輥軋工藝過程的調整以及葉片加工的全過程，所生產的葉片與采用數控方法加工的葉片進行疲勞對比試驗，表現出其抗疲勞性能的優異性，同時具有成本低、效率高的特點。

[1]劉艷.葉片制造技術[M].北京：科學出版社，2002.

喬思佳1李深亮2

（1.駐黎明發動機公司軍代表室，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽黎明航空發動機集團（有限）責任公司，遼寧 沈陽 110043）

本文論述了某合金轉子葉片采用輥軋工藝研制過程中進行的葉片特性分析、工藝路線確定、輥軋工藝參數選擇、輥軋坯料設計、輥軋模具設計與制造、輥軋過程調整等方面開展技術研究。

葉片；輥軋；工藝路線；坯料設計；模具設計

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