低壓渦輪軸的工藝研究
2018-5-16 來源：沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 作者：王 蓮 哈劍義 陳 磊
摘要：本課題以某批產機種薄壁空心長軸為研究對象，通過合理的安排加工工藝路線，完成零件內外型面的加工，滿足零件壁厚差要求，提高零件加工質量，為后續四代機渦輪軸類零件的加工積累寶貴經驗，達到了預期目的，完成了課題研制任務。
關鍵詞：低壓渦輪軸；壁厚差；加工參數；走刀路線
1、零件結構分析
低壓渦輪軸是安裝在航空發動機渦輪機轉子上核心的關鍵軸件，是典型的空心長軸類零件，該零件結構復雜，其尺寸精度高、技術條件要求極為嚴格，在工藝制造的過程中很難加工保證，需要合理的制定工藝方案，研究解決低壓渦輪軸的內外型面加工變形問題，保證零件得壁厚差要求。該低壓渦輪軸總長1161±0.15；壁厚差不大于0.08；小端螺紋相對于基準W-G的同軸度為ф0.05；小桿相對于基準W-G的跳動0.02；軸中間部位圓柱度為0.01，相對于基準W-G的跳動為0.02；大端外圓及端面相對于基準W-G的跳動為0.02；大端外圓圓柱度為0.005，相對于基準W-G的跳動為0.01；徑向孔及斜孔的位置度為ф0.3均布；花鍵套齒模數2.5，齒數26，齒向偏差0.015，齒型公差0.038；表面粗糙度為Ra=1.60μm或Ra=0.80μm；徑向尺寸最小公差為0.018。由于零件較長，加工過程中容易彎曲變形，再加上尺寸及技術條件要求精度高，難以加工。
2、工藝參數的選擇
低壓渦輪軸采用1Cr11Ni2W2Mo V材料制造，該材料是馬氏體熱強不銹鋼，具有良好的綜合力學性能，加工時需選用合理的工藝參數，見表1。
3、低壓渦輪軸加工工藝方案設計
3.1 深孔加工
低壓渦輪軸的毛坯為細長型實心模鍛件，深孔加工在專用的深孔鉆、深孔鉆鏜床上進行。外圓基準加工后，首先加工內孔，然后通過熱處理工序來消除加工應力。內型面加工過程分為鉆、鏜、鉸3個步驟。由鉆深孔加工去除大部分零件內孔余量，鏜孔修正熱處理產生的彎曲變形，最后通過鉸孔完成長軸零件最終內型面的加工。內孔鏜正后，以內孔為基準，車加工零件外型面，使渦輪軸的內外表面同心，從而保證零件壁厚差要求。在壁厚差測具上分段測量各截面壁厚差數值，在普通車床上，對壁厚差厚點，通過一夾一頂的方式,找偏壁厚差厚點，對零件進行車加工，將壁厚差厚點車掉，通過反復測量及修整，保證壁厚差要求。每進行一次深孔加工，對零件進行一次修復壁厚差工序，以保證壁厚差要求。
在深孔加工過程中，為確保零件壁厚差要求，須采用外購機加刀具，既可以提高零件加工效率，又能提高零件加工質量。在每次深孔加工前，需鏜加工對應尺寸的引導孔，以保證深孔的技術條件要求。
鏜加工引導孔后，首先用支撐部位直徑尺寸為φ72.7的深孔刀具加工深孔φ72.7，改用支撐部位直徑為φ73.3的深孔刀具加工孔φ73.3。大孔加工完畢后，改用長的轉接桿加工深孔φ47，此時采用的轉接桿支撐部位直徑應該與剛加工完的大孔直徑φ73.3相配合。在轉接桿上安裝小孔引導刀具φ47后，先加工φ47的引導孔，引導孔加工完畢后，采用長度較長的φ47深孔刀具加工小孔至圖紙尺寸。
3.2 車削加工
由于零件加工余量大，且需要經過一次熱處理，因此將車削加工分為粗車、細車、半精車及精車幾個部分。其中粗車安排在熱處理之前，細車、半精車逐步去除零件表面余量，減少切削應力，精車由數控車床完成最終外型面的加工。
3.3 加工過程中的注意事項
（1）加工過程中每調用一個新程序，操作者、工藝人員對調用的程序進行校對，保證加工程序的正確性。
（2）每次更換刀具或刀片，都要在零件上重新對刀，保證對刀值的一致性，接刀表面圓滑轉接。
（3）每加工一次表面，操作者，工藝人員共同進行檢查，并于在機床上對給定的刀補值進行校驗，以便根據測量值進行調整。
（4）每循環加工一次表面，操作者、工藝人員檢查刀具磨損情況，決定換刀點和換刀次數。
4、低壓渦輪軸壁厚差的修復
對于長軸類零件，嚴格控制零件的壁厚差是加工長軸類零件的重點及難點，對于低壓渦輪軸，壁厚差的修復極其重要，深孔工序加工完成后，預先用測具檢查零件外圓5~6處表面，找出各處的最高點，并在最高點部位用彩筆標出實際數值。根據求得的實際數值，在車床上安裝零件時故意將外圓找偏后，車加工外型面，并加工尾部倒角，作為后續零件加工的基準，以保證壁厚差要求。
長軸類零件，加工過程中機床尾座頂緊力過大，導致零件在加工過程中受軸向頂緊力較大，零件中心部位產生彎曲變形，影響零件質量；其次，在墊偏尾座找偏零件過程中壁厚差最大點與零件跳動最高點存在一定的角度。因此，零件在修復過程中存在一定的誤差。在零件修復過程中，要在滿足零件加工的情況下，盡力減小頂緊力，以減小長軸類零件在加工過程中的彎曲變形，提高零件加工精度；其次，在零件修復的過程中，要多次對壁厚差進行測量，以達到最終的壁厚差要求。
5、結果討論與分析
低壓渦輪軸是長軸類零件的典型結構，經過長期的試驗與改善，其加工工藝對長軸類零件的加工具有指導意義。車削加工和銑削加工的加工參數制定對同種材料的其他類型零件也具有參考價值。后續加工能力提升還需參考國外先進的技術，不斷提高及完善.
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