劉平江+李鑫

（沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所，遼寧 沈陽 110015）

摘要：低渦立式轉(zhuǎn)接盤為連接航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子與試驗器的重要部件，該零件材料為GH4169，是較復(fù)雜的薄壁盤類零件，形位公差要求比較高，加工過程較困難。文章針對低渦立式轉(zhuǎn)接盤的特點，通過對加工工藝路線、裝夾方式、定位基準(zhǔn)、材料加工性能等多方面考慮和研究，總結(jié)出了切實可行的加工工藝方法，解決了低渦立式轉(zhuǎn)接盤加工難題。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；渦輪轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)接盤；薄壁盤類零件；低渦立式

中圖分類號：TG142文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0021-03低渦立式轉(zhuǎn)接盤（以下簡稱轉(zhuǎn)接盤）為連接航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子與試驗器的重要部件，在航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗過程中轉(zhuǎn)接盤因承受高轉(zhuǎn)速、復(fù)雜溫度場等試驗因素，進(jìn)而對其幾何形狀、公差配合、材料等技術(shù)條件提出了苛刻的要求，要求轉(zhuǎn)接盤最大限度的模擬航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，從而獲得最真實的航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子試驗結(jié)果。

由于轉(zhuǎn)接盤在試驗過程中要經(jīng)受超高強度、超高溫度的試驗，多采用鎳基高溫合金作為零件材料，這樣無形中給加工制造增加了很大的難度。

本文通過對加工工藝路線、裝夾方式、定位基準(zhǔn)、材料加工性能等多方面考慮和研究，總結(jié)出了切實可行的加工工藝方法，解決了低渦立式轉(zhuǎn)接盤加工難題。

1轉(zhuǎn)接盤工藝特性分析

1.1轉(zhuǎn)接盤結(jié)構(gòu)特性

轉(zhuǎn)接盤（簡圖見圖1）結(jié)構(gòu)的主要特點是：形狀較復(fù)雜、局部壁薄、剛性較差、轉(zhuǎn)接圓弧多、形位公差要求較高、不利于裝夾，零件的材料加工性能較差，加工時極易產(chǎn)生變形。

1.2轉(zhuǎn)接盤材料特性

GH4169是一種可以時效強化的鎳基高溫合金。該合金在650℃下具有屈服強度高、塑性好的特點，有較滿意的焊接性能及成型性能，較高的耐腐蝕、抗氧化和耐輻照性能。該合金在253℃～700℃很寬的溫度范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定，成為深冷溫度和高溫條件下用途極為廣泛的高溫合金之一。

其主要產(chǎn)品有板材、帶材、棒材、絲材、鍛件及圓餅等。可用作深冷溫度（-196℃～－253℃）下的高強度結(jié)構(gòu)材料，700℃以下使用的抗氧化熱強材料，發(fā)動機(jī)部件和反應(yīng)堆中的各種抗輻照結(jié)構(gòu)材料。

在航空上主要用于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動部件，如盤件、承力環(huán)、鼓筒軸等零件及非轉(zhuǎn)動的機(jī)匣、緊固件和其它機(jī)械件。

1.3轉(zhuǎn)接盤加工難點

轉(zhuǎn)接盤是盤類零件，直徑較大，局部壁薄，形位公差要求較高，不利于裝夾，加工難度比較大，主要有以下難點：（1）GH4169材料加工性能較差，對刀具的要求較高；（2）去除余量較大，切削過程中產(chǎn)生較大的切削應(yīng)力，因而零件易變形；（3）零件的內(nèi)孔較小、外圓壁薄，此結(jié)構(gòu)不利于加工裝夾；（4）形位公差要求較嚴(yán)，加工易超差。

2轉(zhuǎn)接盤加工技術(shù)研究

針對轉(zhuǎn)接盤的加工難點和加工的特性，在工藝規(guī)程編制和加工過程中應(yīng)采取必要的措施，以減少和控制各種不利因素對加工質(zhì)量產(chǎn)生的各種影響，主要從以下各個方面考慮與處理：工藝路線的編排、裝夾方式選擇、定位基準(zhǔn)選擇、提高材料的加工性能。

2.1工藝路線的安排

轉(zhuǎn)接盤加工步驟較多，但都遵從“先基面后其它、先主后次、先粗后精”原則；按照不同的加工性質(zhì)的和作用，加工過程可劃分為如下幾個階段：粗加工、半精加工、精加工。

轉(zhuǎn)接盤為GH4169材料，GH4169為鎳基高溫合金并且可以進(jìn)行時效強化處理。轉(zhuǎn)接盤毛胚為鍛件，毛坯在鍛造過程中應(yīng)先進(jìn)行預(yù)備性熱處理即固溶處理，此熱處理工序安排在機(jī)械加工之前進(jìn)行；由于時效強化處理改變了零件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致加工性能降低，不利于零件余量的去除，因而應(yīng)將時效強化處理安排在粗加工后進(jìn)行；在半精加工后精加工前，由于本零件在切削過程中切削余量較大，產(chǎn)生的機(jī)加應(yīng)力較多，為了避免零件的變形、保證零件后續(xù)加工的精度，必須安排多次的去機(jī)加應(yīng)力處理即穩(wěn)定熱處理，消除零件殘余應(yīng)力，為后續(xù)的精加工創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)接盤局部壁非常?。▋H4mm），在加工過程中的內(nèi)應(yīng)力易引起零件的形變，如不有效的控制會導(dǎo)致零件的報廢。為了有效的減少精加工去除余量，消除機(jī)加內(nèi)部應(yīng)力，在加工過程中應(yīng)安排兩次半精加工工序，將零件的90％的加工余量在精車之前去除，余量去除結(jié)構(gòu)見圖2。

確定轉(zhuǎn)接盤的主要機(jī)加工藝路線如下：

鍛件（固溶處理）→粗車（粗去余量）→車（去余量）→熱處理（時效強化處理）→細(xì)車（去余量）→穩(wěn)定熱處理（消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力）→立車（平基準(zhǔn)）→半精車（去除余量，為精加工做準(zhǔn)備）→穩(wěn)定熱處理（消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力）→立車（平基準(zhǔn)）→數(shù)控精車（壓外安裝邊，精加工零件內(nèi)外形）→慢走絲（去外安裝邊）→鉗工（拋修轉(zhuǎn)接處并劃線）→坐標(biāo)鏜→鉗工→慢走絲→鉗工→熒光檢查→終檢。

2.2裝夾方式的選擇

裝夾方式對于盤類零件來說尤為關(guān)鍵，選取得當(dāng)?shù)难b夾方式將對整個零件的加工過程起到事半功倍的效果，而且對于控制變形、保證加工質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用。

盤類零件的裝夾方式的選擇應(yīng)主要遵循以下的原則：（1）精加工時軸向壓緊優(yōu)于徑向裝夾；（2）軸向壓緊的安裝邊既可以徑向延伸也可以軸向延伸（依據(jù)零件而定）；（3）加工完成后去除安裝邊應(yīng)采取加工應(yīng)力最小的方式進(jìn)行。

基于以上的原則，在編排轉(zhuǎn)接盤工藝規(guī)程過程中，依據(jù)零件的特性將零件的最大外圓進(jìn)行了延伸作為加工的安裝邊，見圖3。

精車工序完成之后，外安裝邊的去除也同樣很重要。去除安裝邊可以采取以下方式：（1）用燕尾槽型的車刀通過軸向進(jìn)給將外安裝邊去除；（2）通過銑削方式去除；（3）通過非接觸式加工去除：慢走絲、線切割、電火花。

（1）、（3）兩種方式為常用方法，（2）方式使用概率很低?；诒ＷC零件加工質(zhì)量并最大限度的控制零件變形，去除轉(zhuǎn)接盤的安裝邊采取了第（3）種方式。通過零件的最終檢測證明：此方式是有效并可行的。

2.3定位基準(zhǔn)的選擇

盤類零件定位基準(zhǔn)的選擇尤為重要，定位基準(zhǔn)選取的是否得當(dāng)將直接影響到整個零件加工的質(zhì)量。合理選擇定位基準(zhǔn)不僅影響整個零件加工工藝的編排和安裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且影響著機(jī)械加工的穩(wěn)定性。

定位基準(zhǔn)選擇應(yīng)主要遵循以下的原則：（1）精度較高、定位面大、裝夾可靠；（2）易于裝夾并能夠保證加工精度。

通過圖1得出：按照常規(guī)工藝施工方式應(yīng)當(dāng)將基準(zhǔn)A、基準(zhǔn)B作為精基準(zhǔn)，創(chuàng)造出精基準(zhǔn)后再以基準(zhǔn)A、基準(zhǔn)B為徑向、軸向安裝基準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的加工。但是此零件較為特殊：此零件較為凸凹，為了減少零件的變形必須雙面定位，這樣就要求兩端面之間精度較高，而基準(zhǔn)A、B一側(cè)端面軸向精度不高并且此側(cè)較凸不利于端面定位，因而采取以、9.5（兩端面）作為徑向及軸向定位精基準(zhǔn)。

2.4提高材料的加工性能

GH4169由于其具有良好的力學(xué)性能而被航空航天零件所采用，但是由于材料本身的加工性能的特殊性又給加工帶來不小的麻煩，GH4169加工過程中存在的難點主要是：（1）切削變形大。H4169塑性很好，伸長率可以約40%，塑性變形的系數(shù)大；（2）切削力大。加工GH4169的切削力比切削中碳鋼時至少大2倍，這因為GH4169的強度高，內(nèi)部組織含有很多高熔點、高激活能的結(jié)構(gòu)，原子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，不易發(fā)生剪切與滑移現(xiàn)象；（3）加工硬化嚴(yán)重。由于GH4169塑性變形非常大，在高溫與應(yīng)力作用下，晶格將會嚴(yán)重扭曲，一些不穩(wěn)定的奧氏體組織將部分轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，強化相也會從固溶體中分解出來，最終導(dǎo)致合金材料表面層硬度提高；（4）切削溫度高。GH4169材料塑性變形大、切削力大、強度高，切削時產(chǎn)生熱量多，并且GH4169的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，最終導(dǎo)致切削溫度高達(dá)1000℃；（5）刀具磨損快。由于GH4169的切削變形大、切削力大、加工硬化嚴(yán)重、切削溫度高等因素導(dǎo)致刀具的磨損非?？?。

由于GH4169材料的特殊性，從以下方面可有效提高材料的加工性能：（1）刀具材料應(yīng)具有較高韌性、強度和硬度，并良好的耐磨性、抗氧化性及抗粘接性，優(yōu)選CBN涂層的硬質(zhì)合金刀具；（2）降低切削速度，但是不宜將進(jìn)給量很小，避免刀刃在硬化層上切削；（3）對零件進(jìn)行淬火處理，使內(nèi)部金屬間的化合物轉(zhuǎn)化為固溶體，進(jìn)而減少切削力；（4）冷卻要充分（盡量采用內(nèi)冷），排屑要流暢；（5）加工工藝系統(tǒng)的剛度要好，采用剛性好的鉆桿；另外在采用刀具時可采取一些措施來提高刀具切削時的剛性，例如用四刃鉆代替三刃鉆等。

2.5實際加工時出現(xiàn)的問題

在半精車后零件出現(xiàn)了變形，翹曲量比較大，單邊達(dá)到了0.5mm，若此時直接進(jìn)行將產(chǎn)生更大的變形，尺寸精度也無法保證。

由于零件有足夠余量，為了達(dá)到穩(wěn)定零件尺寸、消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力的目的，另行增加立車平基準(zhǔn)與多次穩(wěn)定熱處理工序，并且在穩(wěn)定熱處理過程中用工裝對零件兩端面進(jìn)行固定和裝夾。通過加工結(jié)果證明采取各項措施非常有效。

3結(jié)語

低渦立式轉(zhuǎn)接盤是局部薄壁、結(jié)構(gòu)凸凹的難加工材料零件，形位公差要求嚴(yán)格，加工難度較大。在合理安排加工工藝路線的前提下，通過采取科學(xué)裝夾方式、合理的選擇軸向與徑向基準(zhǔn)、多途徑提高材料的加工性能等各方面的技術(shù)途徑，最終生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品，滿足了圖紙的技術(shù)要求，為今后的類似難加工材料的盤類零件提供了有效的借鑒經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

[1]?吳大觀，王寺南，嚴(yán)成忠，李成功．航空發(fā)動機(jī)設(shè)計

?用材料數(shù)據(jù)手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990．

[2]?胡鳳蘭，劉軍安，魏華．深孔鉆削中的孔軸線偏斜機(jī)

?理與控制方法[J]．現(xiàn)代制造工程，2011，（7）．

作者簡介：劉平江（1980—），男，吉林白城人，沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所工程師，研究方向：機(jī)械加工。

（沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所，遼寧 沈陽 110015）

摘要：低渦立式轉(zhuǎn)接盤為連接航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子與試驗器的重要部件，該零件材料為GH4169，是較復(fù)雜的薄壁盤類零件，形位公差要求比較高，加工過程較困難。文章針對低渦立式轉(zhuǎn)接盤的特點，通過對加工工藝路線、裝夾方式、定位基準(zhǔn)、材料加工性能等多方面考慮和研究，總結(jié)出了切實可行的加工工藝方法，解決了低渦立式轉(zhuǎn)接盤加工難題。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；渦輪轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)接盤；薄壁盤類零件；低渦立式

中圖分類號：TG142文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0021-03低渦立式轉(zhuǎn)接盤（以下簡稱轉(zhuǎn)接盤）為連接航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子與試驗器的重要部件，在航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗過程中轉(zhuǎn)接盤因承受高轉(zhuǎn)速、復(fù)雜溫度場等試驗因素，進(jìn)而對其幾何形狀、公差配合、材料等技術(shù)條件提出了苛刻的要求，要求轉(zhuǎn)接盤最大限度的模擬航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，從而獲得最真實的航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子試驗結(jié)果。

由于轉(zhuǎn)接盤在試驗過程中要經(jīng)受超高強度、超高溫度的試驗，多采用鎳基高溫合金作為零件材料，這樣無形中給加工制造增加了很大的難度。

本文通過對加工工藝路線、裝夾方式、定位基準(zhǔn)、材料加工性能等多方面考慮和研究，總結(jié)出了切實可行的加工工藝方法，解決了低渦立式轉(zhuǎn)接盤加工難題。

1轉(zhuǎn)接盤工藝特性分析

1.1轉(zhuǎn)接盤結(jié)構(gòu)特性

轉(zhuǎn)接盤（簡圖見圖1）結(jié)構(gòu)的主要特點是：形狀較復(fù)雜、局部壁薄、剛性較差、轉(zhuǎn)接圓弧多、形位公差要求較高、不利于裝夾，零件的材料加工性能較差，加工時極易產(chǎn)生變形。

1.2轉(zhuǎn)接盤材料特性

GH4169是一種可以時效強化的鎳基高溫合金。該合金在650℃下具有屈服強度高、塑性好的特點，有較滿意的焊接性能及成型性能，較高的耐腐蝕、抗氧化和耐輻照性能。該合金在253℃～700℃很寬的溫度范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定，成為深冷溫度和高溫條件下用途極為廣泛的高溫合金之一。

其主要產(chǎn)品有板材、帶材、棒材、絲材、鍛件及圓餅等?？捎米魃罾錅囟龋?196℃～－253℃）下的高強度結(jié)構(gòu)材料，700℃以下使用的抗氧化熱強材料，發(fā)動機(jī)部件和反應(yīng)堆中的各種抗輻照結(jié)構(gòu)材料。

在航空上主要用于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動部件，如盤件、承力環(huán)、鼓筒軸等零件及非轉(zhuǎn)動的機(jī)匣、緊固件和其它機(jī)械件。

1.3轉(zhuǎn)接盤加工難點

轉(zhuǎn)接盤是盤類零件，直徑較大，局部壁薄，形位公差要求較高，不利于裝夾，加工難度比較大，主要有以下難點：（1）GH4169材料加工性能較差，對刀具的要求較高；（2）去除余量較大，切削過程中產(chǎn)生較大的切削應(yīng)力，因而零件易變形；（3）零件的內(nèi)孔較小、外圓壁薄，此結(jié)構(gòu)不利于加工裝夾；（4）形位公差要求較嚴(yán)，加工易超差。

2轉(zhuǎn)接盤加工技術(shù)研究

針對轉(zhuǎn)接盤的加工難點和加工的特性，在工藝規(guī)程編制和加工過程中應(yīng)采取必要的措施，以減少和控制各種不利因素對加工質(zhì)量產(chǎn)生的各種影響，主要從以下各個方面考慮與處理：工藝路線的編排、裝夾方式選擇、定位基準(zhǔn)選擇、提高材料的加工性能。

2.1工藝路線的安排

轉(zhuǎn)接盤加工步驟較多，但都遵從“先基面后其它、先主后次、先粗后精”原則；按照不同的加工性質(zhì)的和作用，加工過程可劃分為如下幾個階段：粗加工、半精加工、精加工。

轉(zhuǎn)接盤為GH4169材料，GH4169為鎳基高溫合金并且可以進(jìn)行時效強化處理。轉(zhuǎn)接盤毛胚為鍛件，毛坯在鍛造過程中應(yīng)先進(jìn)行預(yù)備性熱處理即固溶處理，此熱處理工序安排在機(jī)械加工之前進(jìn)行；由于時效強化處理改變了零件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致加工性能降低，不利于零件余量的去除，因而應(yīng)將時效強化處理安排在粗加工后進(jìn)行；在半精加工后精加工前，由于本零件在切削過程中切削余量較大，產(chǎn)生的機(jī)加應(yīng)力較多，為了避免零件的變形、保證零件后續(xù)加工的精度，必須安排多次的去機(jī)加應(yīng)力處理即穩(wěn)定熱處理，消除零件殘余應(yīng)力，為后續(xù)的精加工創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)接盤局部壁非常?。▋H4mm），在加工過程中的內(nèi)應(yīng)力易引起零件的形變，如不有效的控制會導(dǎo)致零件的報廢。為了有效的減少精加工去除余量，消除機(jī)加內(nèi)部應(yīng)力，在加工過程中應(yīng)安排兩次半精加工工序，將零件的90％的加工余量在精車之前去除，余量去除結(jié)構(gòu)見圖2。

確定轉(zhuǎn)接盤的主要機(jī)加工藝路線如下：

鍛件（固溶處理）→粗車（粗去余量）→車（去余量）→熱處理（時效強化處理）→細(xì)車（去余量）→穩(wěn)定熱處理（消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力）→立車（平基準(zhǔn)）→半精車（去除余量，為精加工做準(zhǔn)備）→穩(wěn)定熱處理（消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力）→立車（平基準(zhǔn)）→數(shù)控精車（壓外安裝邊，精加工零件內(nèi)外形）→慢走絲（去外安裝邊）→鉗工（拋修轉(zhuǎn)接處并劃線）→坐標(biāo)鏜→鉗工→慢走絲→鉗工→熒光檢查→終檢。

2.2裝夾方式的選擇

裝夾方式對于盤類零件來說尤為關(guān)鍵，選取得當(dāng)?shù)难b夾方式將對整個零件的加工過程起到事半功倍的效果，而且對于控制變形、保證加工質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用。

盤類零件的裝夾方式的選擇應(yīng)主要遵循以下的原則：（1）精加工時軸向壓緊優(yōu)于徑向裝夾；（2）軸向壓緊的安裝邊既可以徑向延伸也可以軸向延伸（依據(jù)零件而定）；（3）加工完成后去除安裝邊應(yīng)采取加工應(yīng)力最小的方式進(jìn)行。

基于以上的原則，在編排轉(zhuǎn)接盤工藝規(guī)程過程中，依據(jù)零件的特性將零件的最大外圓進(jìn)行了延伸作為加工的安裝邊，見圖3。

精車工序完成之后，外安裝邊的去除也同樣很重要。去除安裝邊可以采取以下方式：（1）用燕尾槽型的車刀通過軸向進(jìn)給將外安裝邊去除；（2）通過銑削方式去除；（3）通過非接觸式加工去除：慢走絲、線切割、電火花。

（1）、（3）兩種方式為常用方法，（2）方式使用概率很低。基于保證零件加工質(zhì)量并最大限度的控制零件變形，去除轉(zhuǎn)接盤的安裝邊采取了第（3）種方式。通過零件的最終檢測證明：此方式是有效并可行的。

2.3定位基準(zhǔn)的選擇

盤類零件定位基準(zhǔn)的選擇尤為重要，定位基準(zhǔn)選取的是否得當(dāng)將直接影響到整個零件加工的質(zhì)量。合理選擇定位基準(zhǔn)不僅影響整個零件加工工藝的編排和安裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且影響著機(jī)械加工的穩(wěn)定性。

定位基準(zhǔn)選擇應(yīng)主要遵循以下的原則：（1）精度較高、定位面大、裝夾可靠；（2）易于裝夾并能夠保證加工精度。

通過圖1得出：按照常規(guī)工藝施工方式應(yīng)當(dāng)將基準(zhǔn)A、基準(zhǔn)B作為精基準(zhǔn)，創(chuàng)造出精基準(zhǔn)后再以基準(zhǔn)A、基準(zhǔn)B為徑向、軸向安裝基準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的加工。但是此零件較為特殊：此零件較為凸凹，為了減少零件的變形必須雙面定位，這樣就要求兩端面之間精度較高，而基準(zhǔn)A、B一側(cè)端面軸向精度不高并且此側(cè)較凸不利于端面定位，因而采取以、9.5（兩端面）作為徑向及軸向定位精基準(zhǔn)。

2.4提高材料的加工性能

GH4169由于其具有良好的力學(xué)性能而被航空航天零件所采用，但是由于材料本身的加工性能的特殊性又給加工帶來不小的麻煩，GH4169加工過程中存在的難點主要是：（1）切削變形大。H4169塑性很好，伸長率可以約40%，塑性變形的系數(shù)大；（2）切削力大。加工GH4169的切削力比切削中碳鋼時至少大2倍，這因為GH4169的強度高，內(nèi)部組織含有很多高熔點、高激活能的結(jié)構(gòu)，原子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，不易發(fā)生剪切與滑移現(xiàn)象；（3）加工硬化嚴(yán)重。由于GH4169塑性變形非常大，在高溫與應(yīng)力作用下，晶格將會嚴(yán)重扭曲，一些不穩(wěn)定的奧氏體組織將部分轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，強化相也會從固溶體中分解出來，最終導(dǎo)致合金材料表面層硬度提高；（4）切削溫度高。GH4169材料塑性變形大、切削力大、強度高，切削時產(chǎn)生熱量多，并且GH4169的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，最終導(dǎo)致切削溫度高達(dá)1000℃；（5）刀具磨損快。由于GH4169的切削變形大、切削力大、加工硬化嚴(yán)重、切削溫度高等因素導(dǎo)致刀具的磨損非?？?。

由于GH4169材料的特殊性，從以下方面可有效提高材料的加工性能：（1）刀具材料應(yīng)具有較高韌性、強度和硬度，并良好的耐磨性、抗氧化性及抗粘接性，優(yōu)選CBN涂層的硬質(zhì)合金刀具；（2）降低切削速度，但是不宜將進(jìn)給量很小，避免刀刃在硬化層上切削；（3）對零件進(jìn)行淬火處理，使內(nèi)部金屬間的化合物轉(zhuǎn)化為固溶體，進(jìn)而減少切削力；（4）冷卻要充分（盡量采用內(nèi)冷），排屑要流暢；（5）加工工藝系統(tǒng)的剛度要好，采用剛性好的鉆桿；另外在采用刀具時可采取一些措施來提高刀具切削時的剛性，例如用四刃鉆代替三刃鉆等。

2.5實際加工時出現(xiàn)的問題

在半精車后零件出現(xiàn)了變形，翹曲量比較大，單邊達(dá)到了0.5mm，若此時直接進(jìn)行將產(chǎn)生更大的變形，尺寸精度也無法保證。

由于零件有足夠余量，為了達(dá)到穩(wěn)定零件尺寸、消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力的目的，另行增加立車平基準(zhǔn)與多次穩(wěn)定熱處理工序，并且在穩(wěn)定熱處理過程中用工裝對零件兩端面進(jìn)行固定和裝夾。通過加工結(jié)果證明采取各項措施非常有效。

3結(jié)語

低渦立式轉(zhuǎn)接盤是局部薄壁、結(jié)構(gòu)凸凹的難加工材料零件，形位公差要求嚴(yán)格，加工難度較大。在合理安排加工工藝路線的前提下，通過采取科學(xué)裝夾方式、合理的選擇軸向與徑向基準(zhǔn)、多途徑提高材料的加工性能等各方面的技術(shù)途徑，最終生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品，滿足了圖紙的技術(shù)要求，為今后的類似難加工材料的盤類零件提供了有效的借鑒經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

[1]?吳大觀，王寺南，嚴(yán)成忠，李成功．航空發(fā)動機(jī)設(shè)計

?用材料數(shù)據(jù)手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990．

[2]?胡鳳蘭，劉軍安，魏華．深孔鉆削中的孔軸線偏斜機(jī)

?理與控制方法[J]．現(xiàn)代制造工程，2011，（7）．

作者簡介：劉平江（1980—），男，吉林白城人，沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所工程師，研究方向：機(jī)械加工。

（沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所，遼寧 沈陽 110015）

摘要：低渦立式轉(zhuǎn)接盤為連接航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子與試驗器的重要部件，該零件材料為GH4169，是較復(fù)雜的薄壁盤類零件，形位公差要求比較高，加工過程較困難。文章針對低渦立式轉(zhuǎn)接盤的特點，通過對加工工藝路線、裝夾方式、定位基準(zhǔn)、材料加工性能等多方面考慮和研究，總結(jié)出了切實可行的加工工藝方法，解決了低渦立式轉(zhuǎn)接盤加工難題。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；渦輪轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)接盤；薄壁盤類零件；低渦立式

中圖分類號：TG142文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0021-03低渦立式轉(zhuǎn)接盤（以下簡稱轉(zhuǎn)接盤）為連接航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子與試驗器的重要部件，在航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗過程中轉(zhuǎn)接盤因承受高轉(zhuǎn)速、復(fù)雜溫度場等試驗因素，進(jìn)而對其幾何形狀、公差配合、材料等技術(shù)條件提出了苛刻的要求，要求轉(zhuǎn)接盤最大限度的模擬航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，從而獲得最真實的航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子試驗結(jié)果。

由于轉(zhuǎn)接盤在試驗過程中要經(jīng)受超高強度、超高溫度的試驗，多采用鎳基高溫合金作為零件材料，這樣無形中給加工制造增加了很大的難度。

本文通過對加工工藝路線、裝夾方式、定位基準(zhǔn)、材料加工性能等多方面考慮和研究，總結(jié)出了切實可行的加工工藝方法，解決了低渦立式轉(zhuǎn)接盤加工難題。

1轉(zhuǎn)接盤工藝特性分析

1.1轉(zhuǎn)接盤結(jié)構(gòu)特性

轉(zhuǎn)接盤（簡圖見圖1）結(jié)構(gòu)的主要特點是：形狀較復(fù)雜、局部壁薄、剛性較差、轉(zhuǎn)接圓弧多、形位公差要求較高、不利于裝夾，零件的材料加工性能較差，加工時極易產(chǎn)生變形。

1.2轉(zhuǎn)接盤材料特性

GH4169是一種可以時效強化的鎳基高溫合金。該合金在650℃下具有屈服強度高、塑性好的特點，有較滿意的焊接性能及成型性能，較高的耐腐蝕、抗氧化和耐輻照性能。該合金在253℃～700℃很寬的溫度范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定，成為深冷溫度和高溫條件下用途極為廣泛的高溫合金之一。

其主要產(chǎn)品有板材、帶材、棒材、絲材、鍛件及圓餅等?？捎米魃罾錅囟龋?196℃～－253℃）下的高強度結(jié)構(gòu)材料，700℃以下使用的抗氧化熱強材料，發(fā)動機(jī)部件和反應(yīng)堆中的各種抗輻照結(jié)構(gòu)材料。

在航空上主要用于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動部件，如盤件、承力環(huán)、鼓筒軸等零件及非轉(zhuǎn)動的機(jī)匣、緊固件和其它機(jī)械件。

1.3轉(zhuǎn)接盤加工難點

轉(zhuǎn)接盤是盤類零件，直徑較大，局部壁薄，形位公差要求較高，不利于裝夾，加工難度比較大，主要有以下難點：（1）GH4169材料加工性能較差，對刀具的要求較高；（2）去除余量較大，切削過程中產(chǎn)生較大的切削應(yīng)力，因而零件易變形；（3）零件的內(nèi)孔較小、外圓壁薄，此結(jié)構(gòu)不利于加工裝夾；（4）形位公差要求較嚴(yán)，加工易超差。

2轉(zhuǎn)接盤加工技術(shù)研究

針對轉(zhuǎn)接盤的加工難點和加工的特性，在工藝規(guī)程編制和加工過程中應(yīng)采取必要的措施，以減少和控制各種不利因素對加工質(zhì)量產(chǎn)生的各種影響，主要從以下各個方面考慮與處理：工藝路線的編排、裝夾方式選擇、定位基準(zhǔn)選擇、提高材料的加工性能。

2.1工藝路線的安排

轉(zhuǎn)接盤加工步驟較多，但都遵從“先基面后其它、先主后次、先粗后精”原則；按照不同的加工性質(zhì)的和作用，加工過程可劃分為如下幾個階段：粗加工、半精加工、精加工。

轉(zhuǎn)接盤為GH4169材料，GH4169為鎳基高溫合金并且可以進(jìn)行時效強化處理。轉(zhuǎn)接盤毛胚為鍛件，毛坯在鍛造過程中應(yīng)先進(jìn)行預(yù)備性熱處理即固溶處理，此熱處理工序安排在機(jī)械加工之前進(jìn)行；由于時效強化處理改變了零件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致加工性能降低，不利于零件余量的去除，因而應(yīng)將時效強化處理安排在粗加工后進(jìn)行；在半精加工后精加工前，由于本零件在切削過程中切削余量較大，產(chǎn)生的機(jī)加應(yīng)力較多，為了避免零件的變形、保證零件后續(xù)加工的精度，必須安排多次的去機(jī)加應(yīng)力處理即穩(wěn)定熱處理，消除零件殘余應(yīng)力，為后續(xù)的精加工創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)接盤局部壁非常?。▋H4mm），在加工過程中的內(nèi)應(yīng)力易引起零件的形變，如不有效的控制會導(dǎo)致零件的報廢。為了有效的減少精加工去除余量，消除機(jī)加內(nèi)部應(yīng)力，在加工過程中應(yīng)安排兩次半精加工工序，將零件的90％的加工余量在精車之前去除，余量去除結(jié)構(gòu)見圖2。

確定轉(zhuǎn)接盤的主要機(jī)加工藝路線如下：

鍛件（固溶處理）→粗車（粗去余量）→車（去余量）→熱處理（時效強化處理）→細(xì)車（去余量）→穩(wěn)定熱處理（消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力）→立車（平基準(zhǔn)）→半精車（去除余量，為精加工做準(zhǔn)備）→穩(wěn)定熱處理（消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力）→立車（平基準(zhǔn)）→數(shù)控精車（壓外安裝邊，精加工零件內(nèi)外形）→慢走絲（去外安裝邊）→鉗工（拋修轉(zhuǎn)接處并劃線）→坐標(biāo)鏜→鉗工→慢走絲→鉗工→熒光檢查→終檢。

2.2裝夾方式的選擇

裝夾方式對于盤類零件來說尤為關(guān)鍵，選取得當(dāng)?shù)难b夾方式將對整個零件的加工過程起到事半功倍的效果，而且對于控制變形、保證加工質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用。

盤類零件的裝夾方式的選擇應(yīng)主要遵循以下的原則：（1）精加工時軸向壓緊優(yōu)于徑向裝夾；（2）軸向壓緊的安裝邊既可以徑向延伸也可以軸向延伸（依據(jù)零件而定）；（3）加工完成后去除安裝邊應(yīng)采取加工應(yīng)力最小的方式進(jìn)行。

基于以上的原則，在編排轉(zhuǎn)接盤工藝規(guī)程過程中，依據(jù)零件的特性將零件的最大外圓進(jìn)行了延伸作為加工的安裝邊，見圖3。

精車工序完成之后，外安裝邊的去除也同樣很重要。去除安裝邊可以采取以下方式：（1）用燕尾槽型的車刀通過軸向進(jìn)給將外安裝邊去除；（2）通過銑削方式去除；（3）通過非接觸式加工去除：慢走絲、線切割、電火花。

（1）、（3）兩種方式為常用方法，（2）方式使用概率很低?；诒ＷC零件加工質(zhì)量并最大限度的控制零件變形，去除轉(zhuǎn)接盤的安裝邊采取了第（3）種方式。通過零件的最終檢測證明：此方式是有效并可行的。

2.3定位基準(zhǔn)的選擇

盤類零件定位基準(zhǔn)的選擇尤為重要，定位基準(zhǔn)選取的是否得當(dāng)將直接影響到整個零件加工的質(zhì)量。合理選擇定位基準(zhǔn)不僅影響整個零件加工工藝的編排和安裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且影響著機(jī)械加工的穩(wěn)定性。

定位基準(zhǔn)選擇應(yīng)主要遵循以下的原則：（1）精度較高、定位面大、裝夾可靠；（2）易于裝夾并能夠保證加工精度。

通過圖1得出：按照常規(guī)工藝施工方式應(yīng)當(dāng)將基準(zhǔn)A、基準(zhǔn)B作為精基準(zhǔn)，創(chuàng)造出精基準(zhǔn)后再以基準(zhǔn)A、基準(zhǔn)B為徑向、軸向安裝基準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的加工。但是此零件較為特殊：此零件較為凸凹，為了減少零件的變形必須雙面定位，這樣就要求兩端面之間精度較高，而基準(zhǔn)A、B一側(cè)端面軸向精度不高并且此側(cè)較凸不利于端面定位，因而采取以、9.5（兩端面）作為徑向及軸向定位精基準(zhǔn)。

2.4提高材料的加工性能

GH4169由于其具有良好的力學(xué)性能而被航空航天零件所采用，但是由于材料本身的加工性能的特殊性又給加工帶來不小的麻煩，GH4169加工過程中存在的難點主要是：（1）切削變形大。H4169塑性很好，伸長率可以約40%，塑性變形的系數(shù)大；（2）切削力大。加工GH4169的切削力比切削中碳鋼時至少大2倍，這因為GH4169的強度高，內(nèi)部組織含有很多高熔點、高激活能的結(jié)構(gòu)，原子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，不易發(fā)生剪切與滑移現(xiàn)象；（3）加工硬化嚴(yán)重。由于GH4169塑性變形非常大，在高溫與應(yīng)力作用下，晶格將會嚴(yán)重扭曲，一些不穩(wěn)定的奧氏體組織將部分轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，強化相也會從固溶體中分解出來，最終導(dǎo)致合金材料表面層硬度提高；（4）切削溫度高。GH4169材料塑性變形大、切削力大、強度高，切削時產(chǎn)生熱量多，并且GH4169的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，最終導(dǎo)致切削溫度高達(dá)1000℃；（5）刀具磨損快。由于GH4169的切削變形大、切削力大、加工硬化嚴(yán)重、切削溫度高等因素導(dǎo)致刀具的磨損非常快。

由于GH4169材料的特殊性，從以下方面可有效提高材料的加工性能：（1）刀具材料應(yīng)具有較高韌性、強度和硬度，并良好的耐磨性、抗氧化性及抗粘接性，優(yōu)選CBN涂層的硬質(zhì)合金刀具；（2）降低切削速度，但是不宜將進(jìn)給量很小，避免刀刃在硬化層上切削；（3）對零件進(jìn)行淬火處理，使內(nèi)部金屬間的化合物轉(zhuǎn)化為固溶體，進(jìn)而減少切削力；（4）冷卻要充分（盡量采用內(nèi)冷），排屑要流暢；（5）加工工藝系統(tǒng)的剛度要好，采用剛性好的鉆桿；另外在采用刀具時可采取一些措施來提高刀具切削時的剛性，例如用四刃鉆代替三刃鉆等。

2.5實際加工時出現(xiàn)的問題

在半精車后零件出現(xiàn)了變形，翹曲量比較大，單邊達(dá)到了0.5mm，若此時直接進(jìn)行將產(chǎn)生更大的變形，尺寸精度也無法保證。

由于零件有足夠余量，為了達(dá)到穩(wěn)定零件尺寸、消除機(jī)加內(nèi)應(yīng)力的目的，另行增加立車平基準(zhǔn)與多次穩(wěn)定熱處理工序，并且在穩(wěn)定熱處理過程中用工裝對零件兩端面進(jìn)行固定和裝夾。通過加工結(jié)果證明采取各項措施非常有效。

3結(jié)語

低渦立式轉(zhuǎn)接盤是局部薄壁、結(jié)構(gòu)凸凹的難加工材料零件，形位公差要求嚴(yán)格，加工難度較大。在合理安排加工工藝路線的前提下，通過采取科學(xué)裝夾方式、合理的選擇軸向與徑向基準(zhǔn)、多途徑提高材料的加工性能等各方面的技術(shù)途徑，最終生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品，滿足了圖紙的技術(shù)要求，為今后的類似難加工材料的盤類零件提供了有效的借鑒經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

[1]?吳大觀，王寺南，嚴(yán)成忠，李成功．航空發(fā)動機(jī)設(shè)計

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作者簡介：劉平江（1980—），男，吉林白城人，沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所工程師，研究方向：機(jī)械加工。