盤后封嚴擋板零件加工變形質量控制方法

萬秀屏　邊景全　于璐

摘 要：渦輪轉子部件是航空發動機的核心部件，盤后封嚴擋板是渦輪轉子上的重要零件，工作條件為高溫、高壓、高轉速的特殊環境，該零件結構復雜，屬薄壁易變形零件，零件合格率低，本文通過工藝方法調整工藝路線，改變零件裝夾方式，控制過程質量，提高零件合格率。

關鍵詞：薄壁件；加工變形；質量控制方法

中圖分類號：TG15 文獻標識碼：A

0.引言

盤后封嚴擋板為某批產型號發動機上的重要部件，材料為GH4169，零件最大外圓直徑為φ545mm，最小壁厚為2mm，如圖1所示。尺寸精度要求高，技術條件要求嚴格，零件加工時易變形。與低壓渦輪二級盤配合處止口尺寸銑加工后嚴重變形，自由狀態下變形量遠遠超出設計要求，嚴重的甚至造成零件無法滿足設計最終要求。近幾年交付的零件合格率僅為92%。本次質量改進通過檢測零件在不同工序后精密配合尺寸數據；統計收集設計要求限位狀態檢查的零件在自由狀態下的變化量。摸索薄壁件的加工特性，變形特點、優化加工方法、加工路線、裝夾方式、刀具選擇等，以及零件變形的控制方法。

1.存在問題

盤后封嚴擋板零件為薄壁易變形零件，配合止口尺寸，設計圖要求允許所有直徑尺寸允許在機床上檢查，但零件自由狀態差異較大，合格率低。薄壁件加工弱剛性零件加工是復雜的制造工藝難題，主要表現在：由于切削力的作用，刀具和工件均會產生一定的彈性變形，在加工過程中，尺寸精度難以控制保證。表面質量難以保證，深腔薄壁的結構特點及高溫合金自身材料特點導致高溫合金整體結構件加工過程中極易產生振顫，使表面質惡化。加工效率難以提高，工件剛性差，易產生振顫等特點導致傳統的高溫合金整體結構件只能在低切削用量水平上進行，生產周期長，成本高。

2.解決措施

2.1 原因分析。配合止口尺寸在數控車床上No.45精車一端工序中車加工完成，在機床上檢查直徑尺寸，最終檢驗查工序檢驗印章。但在本工序后還安排了車外徑、車篦齒、銑圓弧槽、銑異形孔等機加工序及噴涂工序，這些工序都可能導致零件變形，導致零件在自由狀態與機床上檢測差異較大，造成該尺寸超差。

2.2 統計數據。通過對原有自由狀態下超差零件測量、分析發現：所有超差的配合止口尺寸均小于設計值下差。因此，本次質量改進將尺寸在No.45精車一端工序中預留了部分余量，調整為，選取10臺份零件，在車加工、銑加工、噴涂等對直徑尺寸可能造成影響的工序后增加測量工序。統計配合尺寸在自由狀態與限位狀態下的變化情況，找出影響零件變形和尺寸變化的主要影響工序和因素。通過數據分析可以發現，每道機加工序過后都會對該尺寸造成不同程度的影響。導致該尺寸在形成后逐漸變小。

2.3 制定合理的工藝路線。改進前工藝路線：精車一端→精車內孔及槽→精車外徑及端面→精車型面→鉆孔、銑異形孔→銑花邊→車封嚴齒→噴涂→車封嚴齒外徑。根據試驗數據，對工藝路線進行了下列調整：（1）所有工序完成后，增加了修復基準工序，對尺寸及相關技術條件進行了修復，使用專用標準件、測具在限制狀態下檢測。（2）精車一端前，增加磨基準面工序，保證該尺寸加工時，零件狀態良好。調整后的工序路線：精車前磨基準→精車一端→精車內孔及槽→精車外徑及端面→精車型面→鉆孔、銑異形孔→銑花邊→車封嚴齒→噴涂→車封嚴齒外徑→修復基準。

2.4 編制數控程序。零件加工的工藝路線、加工順序和走刀軌跡、切削用量、刀具材料的選擇等工藝方案是否先進合理，直接影響零件的加工變形。通過在UG模擬仿真軟件中構建數控立車的仿真環境，建立零件模型，開發后置處理模塊，編制粗加工去余量程序。在粗加工中編制數控程序，使用切刀去除較大余量。在半精加工和精加工中編程方式采用刀心方式，去除大部分余量，然后采用輪廓編程方式，去除少部分余量，保證尺寸和精度要求。

2.5 固化零件的加工設備和操作人員。工藝改進后，在設備資源能力有限的情況下，生產現場固化了加工設備和加工人員，保證了產品質量和加工人員相對穩定。

2.6 設立質量控制點。識別并有效控制質量風險，設立質量控制點，充分利用運行圖、SPC控制圖等質量工具對過程數據進行統計分析，及時找出過程異常情況，實現對“人、機、料、法、環、測”六大要素的實時監控。共收集90臺份加工數據，均無超差現象，加工狀態穩定，改善效果良好。

結論

通過加工驗證，摸索變形規律，按優化后工藝加工的零件均合格，并且狀態穩定，現已納入工藝規程，增加了車加工修復工序。綜上所述，盤后封嚴擋板質量改進效果顯著，目前零件合格率從92%上升到98%，達到了預期效果。

參考文獻

[1]王聰梅.航空發動機典型零件機械加工[M].北京：航空工業出版社，2014.