航空發(fā)動機中壓渦輪焊接軸頸工藝改進

魏苗苗 李昱翰 馮業(yè)凱 陳惠娟 朱德生

摘 要：本文主要研究的是民航客機發(fā)動機的中壓渦輪焊接軸頸相關加工工藝方法和工藝改進問題。本文首先對現(xiàn)有的加工工藝進行分析，調整了不合理的磨削工序，對磨削加工工藝進行了相關的分析，調整用外圓磨設備來加工原來用內圓磨設備磨削的外圓封嚴齒，加工效率和零件合格率分別提高50%和90%。

關鍵詞：焊接軸頸零件；磨削加工；工藝路線

中圖分類號：V23 文獻標志碼：A

1 工藝路線的分析

1.1 現(xiàn)有工藝路線分析

中壓渦輪焊接軸頸的加工過程中，合理的工藝路線才能保證零件滿足圖紙。依照圖紙要求，將法蘭環(huán)和軸承環(huán)經(jīng)電子束焊焊接后，再進行后續(xù)的加工，其中磨削加工在該類零件的加工過程中是最重要的工序。

選用磨削工藝對零件進行加工的主要原因如下：

（1）對零件的精度要求高，該零件的軸承環(huán)精度為0.005mm，只有高精度的數(shù)控磨削設備才能加工出滿足零件關鍵特性尺寸的零件。

（2）材料硬度高，零件經(jīng)過滲碳熱處理工序的軸承環(huán)硬度可達韋氏硬度675以上。因此外圓磨床選用的砂輪直徑為 750mm 的白剛玉砂輪，工砂輪寬度為100mm，從而可以保證零件軸承環(huán)表面粗糙度Ra0.2mm的圖紙要求。

根據(jù)圖紙上的技術和公差要求以及磨削工藝的主要特點，經(jīng)過實驗，得出如下現(xiàn)行加工工藝路線：

毛坯→電子束焊→去應力處理→硬度測試→研磨→環(huán)磨→磨軸承環(huán)外圓→車法蘭端面及內孔→車法蘭內孔及外圓→磨法蘭面→鉆孔→光→硝酸腐蝕和去黑斑→磨軸承環(huán)端面→車封嚴齒→研磨→磨法蘭環(huán)端面和內孔→磨軸承環(huán)及封嚴齒→磨封嚴齒→磨內孔→磨法蘭端面和內孔→標印→檢驗→入庫。

生產(chǎn)軸頸零件的傳統(tǒng)工藝路線中，存在的主要問題如下：

（1）零件壁薄、材料剛性差，極易在加工中加工變形。零件尺寸精度要求高，技術條件嚴格，形狀公差小。

（2）軸頸零件帶有半封閉深型腔的結構，開敞性比較差，加工中存在進退砂輪困難等問題。

1.2 磨削工藝路線的改進方法

現(xiàn)行磨削工藝中，4個位置安排了利用外圓磨設備進行加工，其中包括軸承環(huán)外圓，在法蘭環(huán)上的大封嚴齒，靠近軸承環(huán)上端的封嚴齒，外圓磨和內圓磨加工位置如圖1所示。

由于法蘭環(huán)上的封嚴齒與軸頸上封嚴齒的距離較近，利用外圓磨設備加工軸頸上的兩極封嚴齒時，有可能會和端面法蘭出現(xiàn)加工干涉。所以采用內圓磨削設備來加法蘭端面近端的封嚴齒。但是在加工中，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（1）內圓磨削砂輪較小，表面速度低，零件加工速度慢，導致零件表面完整性不如外圓磨，設備占用時間長。

（2）是否使用線測量設備對合格率影響比較大。由于內圓磨設備沒有在線測量設備，所以上端封嚴齒的一次加工合格率僅為65%，所以大量零件需要返修或返工。

（3）外圓磨削工序選用的是白剛玉砂輪，內圓磨削工序選用的是棕剛玉砂輪。棕剛玉砂輪的硬度比白剛玉砂輪的硬度低，因此在加工中容易出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，導致砂輪出現(xiàn)明顯的磨損，砂輪表面極易黏附加工廢屑，使磨粒失去磨削作用，同時磨削溫度也會隨之升高，導致零件表粗糙度無法達到圖紙要求。

為了解決加工中出現(xiàn)的以上問題，選用改變加工方法和加工路線的方法來改進。內圓磨設備進行加工出現(xiàn)了以上的問題，所以通過改用外圓磨削設備來進行加工。由于外圓磨削磨床選用的砂輪比內圓磨削砂輪大，在加工中容易出現(xiàn)干涉的情況。因此制定的外圓設備磨削順序是：①磨削軸頸下端封嚴齒；②磨削軸頸上端封嚴齒；③磨削法蘭環(huán)下級封嚴齒；④磨削法蘭環(huán)上級封嚴齒，如圖2所示。

改進后的加工方法是利用外圓磨削設備對5個位置進行磨削：包括零件軸承環(huán)外圓和軸頸上的兩級封嚴齒以及法蘭環(huán)上的兩級封嚴齒。改進后，減少了一道內圓磨削封嚴齒的加工工序，利用外圓磨設備進行加工軸頸上端的封嚴齒。所以在磨削加工過程中要格外注意外圓磨砂輪和法蘭封嚴齒的位置，如圖3所示。

利用外圓磨設備進行磨削后，砂輪寬度由外圓磨砂輪寬度100mm降為內圓磨砂輪寬度45mm， 內圓磨砂輪線速度由15m/s變成了外圓磨砂輪線速度30m/s，從而實現(xiàn)零件表面質量明顯提高并且零件加工速度大幅提升。

改進加工方法和加工工藝順序后，隨機抽取20件軸頸上端封嚴齒一次加工合格率進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。軸頸封嚴齒直徑圖紙要求為208.25±0.03mm，零件表面跳動0.025mm，經(jīng)檢驗只有5號零件的直徑超差0.001mm和17號零件的表面跳動超差0.001mm，其他零件全都合格。零件一次加工合格率提高到90%。

磨削加工過程中，零件容易被磨削過程產(chǎn)生的熱量所灼傷，磨削液必須始終澆在零件和砂輪接觸的表面，從而使得零件的表面溫度降低。磨削加工過程中，要保持砂輪一直旋轉，不能出現(xiàn)停止，從而達到加工過程的穩(wěn)定性。加工過程中一旦砂輪停止轉動，正式加工零件前，設備需要預熱幾小時，同時要提前在砂輪上澆磨削液，如果有條件，應該先加工一個試驗件，從而使整個設備處于一個穩(wěn)定運行的狀態(tài)來加工正式零件。

對磨削液的良好過濾是保證零件質量的另一個重要因素，每天對磨削設備液槽上的濾紙進行檢查和監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)過度污染，必須及時更換新濾紙。

經(jīng)過以上分析可以得知，改進后的方案是利用外圓磨設備加工零件，從而減少一道內圓磨削加工工序，從而使得零件一次加工合格率提高到了90%，同時加工效率是原來的兩倍，在提高了加工質量的同時減少了設備占用率，提高了加工效率。

參考文獻

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

[2]哈劍義，王蓮，宋平飛.鈦合金薄壁曲面前軸頸工藝研究[J].中國新技術新產(chǎn)品，2013，12（上）：101-102.