馮保東，黃艷松，張土軍

（1.海軍駐株洲某軍代室，湖南 株洲 412002；2.中航工業(yè)南方公司，湖南 株洲 412002）

0 引言

渦輪盤與轉(zhuǎn)子葉片、渦輪軸等零件組成的渦輪轉(zhuǎn)子是航空發(fā)動機的重要零部件。渦輪轉(zhuǎn)子葉片和盤幾乎都是分開制造的［1］，制造后，渦輪盤榫槽與轉(zhuǎn)子葉片榫齒進行連接形成整體。渦輪盤榫槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，一般采用拉削加工的方法，由于加工難度大、質(zhì)量控制嚴，因此榫槽拉削是渦輪盤加工的關(guān)鍵工序。粉末高溫合金是用粉末冶金工藝生產(chǎn)的高溫合金,解決了傳統(tǒng)的鑄鍛高溫合金由于合金化程度的提高造成的鑄錠偏析嚴重、熱加工性能差、成型困難等問題，是現(xiàn)代高推重比航空發(fā)動機渦輪盤等關(guān)鍵部件的必選材料［2］。FGH95 粉末高溫合金是一種高合金化的γ′，沉淀強化型鎳基粉末高溫合金，γ′體積含量達到45%～55%，屈服強度比GH4169 高30%，在相同應(yīng)力下使用溫度可提高110℃［2］。某型航空發(fā)動機渦輪盤就采用了FGH95 粉末高溫合金，有效提高了使用性能，但由于FGH95 粉末高溫合金導(dǎo)熱性差、表面硬度大等特點，在切削時容易產(chǎn)生粘刀、磨損、崩齒等的現(xiàn)象，降低了刀具的耐用性和壽命，給渦輪盤榫槽的切削加工帶來較大的困難，也造成了不少的經(jīng)濟損失。為有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，本文分析了導(dǎo)致FGH95 粉末高溫合金加工難度大的原因，總結(jié)了拉削過程的控制要點，提出了拉削過程中出現(xiàn)拉刀磨損、崩齒等問題后的解決措施。

1 難加工原因分析

FGH95 粉末高溫合金與傳統(tǒng)鑄鍛工藝生產(chǎn)合金相比，具有性價比高的優(yōu)點，但由于FGH95 粉末高溫合金中存在非金屬夾雜物，給機械加工造成較大的困難。非金屬夾雜物是粉末高溫合金中出現(xiàn)數(shù)量最多、出現(xiàn)幾率最大的缺陷。非金屬夾雜物通常隨機分布在粉末高溫合金中，非金屬夾雜物主要為氧化物陶瓷顆粒，也有少量有機夾雜物，陶瓷夾雜物主要成分包括Al、Si、Mg、Ca、Zr 等，以Al2O3、SiO2等最為常見。非金屬夾雜物的尺寸從幾百納米到幾百微米不等。拉削含有夾雜物的粉末高溫合金渦輪盤時，夾雜物的存在勢必會對拉削過程產(chǎn)生一定的影響。非金屬夾雜物的存在會惡化刀尖的工作條件，導(dǎo)致切削刃口的微觀疲勞，切削刃不斷地從夾雜切入基體材料，又從基體材料切入夾雜物，重復(fù)的小沖擊導(dǎo)致切削刃上產(chǎn)生小裂紋，這些疲勞裂紋隨著切削的進行不斷增長直至切削刃微崩。只是這種微崩通常很小，一般表現(xiàn)為正常的硬質(zhì)點磨損。另外，當非金屬夾雜物的硬度比整個粉末高溫合金零件的硬度高很多時，這些硬的夾雜物會引起切削刃嚴重的硬質(zhì)點磨損，甚至直接導(dǎo)致拉刀刀齒崩裂［2］。

2 過程控制要點

綜上所述，F(xiàn)GH95 粉末高溫合金渦輪盤榫槽拉削過程中，由于非金屬夾雜物存在不可避免，如果不采取相應(yīng)的控制措施，必然會導(dǎo)致拉刀磨損和崩齒現(xiàn)象。為保證產(chǎn)品拉削質(zhì)量、確保機床設(shè)備安全、減少刀具損失，建議從以下幾個方面對拉削過程進行控制。

2.1 加工前檢查

在加工前必須仔細檢查裝夾系統(tǒng)，檢查可分為液壓部分和機械部分。液壓部分主要仔細檢查油箱的液壓油是否足夠，各管路系統(tǒng)是否有滲漏、堵塞、老化等現(xiàn)象，潤滑、冷卻系統(tǒng)是否正常，開動機床進行空運行30 min 以上，并調(diào)好油壓及往返行程；機械部分則重點檢查各構(gòu)件有無裂紋，連接部分是否安全可靠，運動副的動作是否靈活，分度機構(gòu)是否準確無誤，起始點是否對準拉削位置，裝好的渦輪盤其外圓和端面的跳動是否在0.02 mm 以內(nèi)。

為了最大限度地減小拉刀異常磨損及崩齒現(xiàn)象的發(fā)生，加工前對拉刀進行檢查很有必要。首先應(yīng)檢查拉刀的外觀是否存在裂紋、崩刃、燒傷、銹蝕、碰傷的缺陷；其次應(yīng)檢查拉刀的齒升量是否均勻、前后段的銜接是否合理；再次對拉刀的刃口進行“鈍化”處理，即將拉刀的刃口研磨半徑為R0.018～0.026 mm 的圓角，消除鋸齒狀的銳口以保證刃口平直無缺陷。

2.2 工藝控制

為使產(chǎn)品加工應(yīng)力能得到釋放，減少加工變形，保證形位公差滿足要求，必須分粗、精拉兩個工步進行拉削，即將整套拉刀分兩個行程進行安裝，完成整個產(chǎn)品的粗拉之后再進行精拉。新制或修刃的拉刀使用前，應(yīng)采用試件進行試拉，尺寸測量合格后，方可進行正式拉削，并按工藝規(guī)程嚴格控制拉刀的使用次數(shù)。另外，拉削速度必須進行嚴格控制，防止拉削過快，經(jīng)試驗表明：粗拉的速度在1.5～1.8 m/min、精拉在1.8～2 m/min 范圍內(nèi)比較理想。

拉削是大切削刃面、多齒強力切削過程，會產(chǎn)生大量切削熱，因此應(yīng)采用大流量的冷卻液進行強制冷卻，以降低切削時的溫升。在拉削過程中，要保證切削液充足和均勻，并保持一定的濃度，避免冷卻液僅澆注一邊，而另一邊澆注不到，造成拉出的內(nèi)孔軸線發(fā)生偏移，甚至導(dǎo)致拉刀因受力不均出現(xiàn)斷裂［3］。

2.3 其他方面控制

當使用普通機床進行加工時，應(yīng)盡量使用手動擋，以便出現(xiàn)異常時能緊急停車，避免造成大的損失。

使用數(shù)控拉床進行加工，可使用自動擋，因為數(shù)控拉床具有過載保護功能。由于加工過程中拉削力可能會出現(xiàn)變化，因此，操作者應(yīng)該仔細觀察拉削過程中的每個細節(jié)，特別是拉刀磨損、機床各壓力表指針等的變化，發(fā)現(xiàn)異常必須及時停車檢查，待查清原因排除故障后方可繼續(xù)加工。

3 問題解決措施

在拉削過程中出現(xiàn)拉刀異常磨損、崩齒等現(xiàn)象，會對產(chǎn)品質(zhì)量及機床設(shè)備造成影響，因此必須采取有效解決措施，及時加以解決。原則上，拉刀出現(xiàn)異常磨損或崩齒的問題時，必須立即更換成套拉刀。當?shù)洱X已經(jīng)粉碎性破壞時，不可繼續(xù)拉削，應(yīng)強行退出工作臺、卸下全套拉刀，將機床各手柄（按鈕）切換到空擋位置，在清理拉刀碎片后，另選一把合格拉刀在問題榫槽單獨拉削一行程，確認產(chǎn)品質(zhì)量無影響后，更換拉刀從出現(xiàn)崩齒的榫槽開始進行正常拉削。如刀齒僅斷裂、未崩碎，可以嘗試采用點動的方式進行拉削，完成此行程拉削后再更換成套拉刀即可。

4 結(jié)語

FGH95 粉末高溫合金中存在非金屬夾雜物是加工難度大的主要原因。非金屬夾雜物的存在惡化了拉刀的受力條件，導(dǎo)致拉刀容易出現(xiàn)異常磨損和崩齒的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品質(zhì)量和拉刀使用壽命。通過加強拉削前對裝夾系統(tǒng)及拉刀質(zhì)量的檢查力度、嚴格控制工藝方法、正確使用機床設(shè)備等措施，可以降低拉刀的異常磨損和崩齒等問題的發(fā)生。當拉刀出現(xiàn)異常磨損和崩齒等現(xiàn)象時，應(yīng)及時更換全套拉刀，并根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施，避免對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

［1］劉長福，鄧明.航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)分析［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

［2］杜勁，劉戰(zhàn)強.夾雜物對FGH95 粉末高溫合金切削加工力學(xué)特性的影響［J］.組合技術(shù)與自動化加工技術(shù)，2011（4）：19-23.

［3］航空制造工程手冊總編委會.航空制造工程手冊-發(fā)動機機械加工［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1997.