黃鵬躍 郭君偉

摘 要：渦輪機(jī)匣組件是某型機(jī)中的重要組件，單件材料均為高溫合金，在制造過(guò)程中工藝難點(diǎn)多，精度不易保證。通過(guò)分析零件加工工藝難點(diǎn)，制定合理工藝路線，摸索加工方案及參數(shù)，控制產(chǎn)品變形，滿足了設(shè)計(jì)圖樣要求。

關(guān)鍵詞：高溫合金機(jī)匣；薄壁變形；機(jī)加參數(shù)；工藝路線

1 概述

渦輪機(jī)匣組件是某型機(jī)中的重要組件之一，組成該組合件的零件主要包括導(dǎo)向器機(jī)匣、導(dǎo)向器葉片、導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)和導(dǎo)向器封嚴(yán)環(huán)。組件中各零件的材料均為高溫合金，機(jī)加工藝性能差，在加工時(shí)變形、刀具損耗等情況嚴(yán)重，利用現(xiàn)有材料手冊(cè)和工藝手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)指導(dǎo)加工時(shí)，效果不理想。在組件加工時(shí)，要經(jīng)過(guò)多種焊接工藝進(jìn)行焊接，這對(duì)零件組合定位精度，薄壁件焊接變形控制能力要求較高?，F(xiàn)對(duì)該組件各零組件的主要加工工藝進(jìn)行分析研究，總結(jié)研制在加工中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決措施，并探索優(yōu)化加工工藝流程的可行性方案。

2 主要零件制造難點(diǎn)分析和加工工藝

2.1 導(dǎo)向器機(jī)匣主要難點(diǎn)分析和加工工藝

導(dǎo)向器機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式為薄壁環(huán)型機(jī)匣，其主要加工工藝和難點(diǎn)是機(jī)匣上葉型孔薄壁處的數(shù)控車加工和葉型孔的激光切割加工。

加工時(shí)零件易橢圓變形，薄壁處出現(xiàn)弧形變形，加工表面振紋大，表面粗糙。通過(guò)合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化加工參數(shù)，滿足了尺寸要求。薄壁處加工方案是：先對(duì)內(nèi)形進(jìn)行粗加工，并且為內(nèi)形薄壁處留出0.5mm的加工余量，這解決了在精加工時(shí)的變形和振紋，對(duì)外形進(jìn)行精加工后，再去除這一小部分余量并精加工內(nèi)形。

加工葉型孔處的薄壁是一個(gè)帶有轉(zhuǎn)折的空間曲面，并且壁厚不均勻，用常規(guī)的加工方法難以加工，多方求證后，采用了激光切割的工藝方法進(jìn)行加工。通過(guò)分別為導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)定制檢測(cè)專用的葉型孔通止規(guī)，克服導(dǎo)向葉片一致性較差的問(wèn)題，利于導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)上葉型孔進(jìn)行加工和檢測(cè)。

2.2 導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)主要難點(diǎn)分析和加工工藝

導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)屬于薄壁環(huán)類零件，其主要加工難點(diǎn)是薄壁處的數(shù)控車成形加工。加工表面（特別是內(nèi)徑槽型面）易產(chǎn)生振紋，表面粗糙度差。如果粗精車加工余量和走刀方式安排不當(dāng)，容易使薄壁端面發(fā)生傾斜變形。通過(guò)合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行更改和調(diào)整，取得了穩(wěn)定良好的加工效果。

2.3 渦輪分瓣外環(huán)主要難點(diǎn)分析和加工工藝

渦輪分瓣外環(huán)結(jié)構(gòu)特殊，材料為K405，機(jī)加工藝性能不好，不易車削，從形狀看，零件為分瓣式結(jié)構(gòu)，不利車床回轉(zhuǎn)加工，工裝設(shè)計(jì)與使用均十分復(fù)雜，零件封嚴(yán)槽尺寸小，數(shù)量多，加工難度高，槽加工深度相對(duì)刀寬較深，對(duì)刀具要求較高，在加工時(shí)刀具維護(hù)困難。

在加工過(guò)程中改進(jìn)了工裝的裝夾定位方式，將原來(lái)點(diǎn)壓緊的方式改為面壓緊方式，增加輔助支撐，并通過(guò)澆注低溫合金工藝，增強(qiáng)受力性能，改善了在加工時(shí)零件的承力性能；在對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，探索并總結(jié)出了更為合理的加工參數(shù)，減少了刀具的損耗。提高了生產(chǎn)效率，并保證了尺寸要求，提高了零件的加工質(zhì)量。

3 組件難點(diǎn)分析和加工工藝

渦輪機(jī)匣組件的加工工藝主要包括裝配和焊接工藝、焊接后的機(jī)加工藝、噴涂和渦輪分瓣外環(huán)的裝配工藝、噴涂后的機(jī)加工工藝。

3.1 裝配、焊接難點(diǎn)分析和主要工藝

在渦輪機(jī)匣組件進(jìn)行裝配和焊接時(shí)存在的最主要問(wèn)題是，由于導(dǎo)向器葉片與導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)相配合處的間隙產(chǎn)生較大偏差，而導(dǎo)致裝配后的葉片與機(jī)匣或內(nèi)環(huán)發(fā)生干涉或出現(xiàn)配合間隙過(guò)大的情況。設(shè)計(jì)圖紙關(guān)于導(dǎo)向器葉片與導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)相配合處的間隙要求為單面0.05mm～0.1mm，而在實(shí)際加工中的間隙局部會(huì)達(dá)到最大0.4mm左右。通過(guò)在加工葉形孔時(shí)，沿葉形孔增加了4個(gè)高度近似配合間隙要求的工藝凸點(diǎn)，從而保證組件裝配和焊接時(shí)葉片位置能夠最大程度的接近于理論位置。隨著配合間隙要求的設(shè)計(jì)更改，以及工藝上更好的實(shí)現(xiàn)定位和受力方式的要求，工藝凸點(diǎn)的位置和高度也進(jìn)行了調(diào)整。

3.2 焊接后機(jī)加難點(diǎn)分析和主要工藝

在機(jī)匣焊接為整體后，需機(jī)加去除各零件所留余量，加工至最終尺寸，為噴涂做好準(zhǔn)備。這部分工藝內(nèi)容的難點(diǎn)主要是組件加工后容易發(fā)生橢圓變形，以及保證機(jī)匣和內(nèi)環(huán)軸向尺寸關(guān)系并同時(shí)保證單件尺寸要求。由于渦輪機(jī)匣組件是一個(gè)較為復(fù)雜的高溫合金薄壁焊接件，在經(jīng)過(guò)多種焊接工藝后，薄壁處存在較大應(yīng)力，材料機(jī)加工藝性能不好，在加工中產(chǎn)生的抗力較大，組件加工時(shí)易產(chǎn)生受力變形。對(duì)最終各處跳動(dòng)量影響較大。在最終設(shè)計(jì)要求中多處對(duì)基準(zhǔn)A、B的跳動(dòng)要求易超差。

在研制過(guò)程中，針對(duì)組件加工后容易橢圓變形的問(wèn)題，首先逐步對(duì)各工序加工受力變形情況進(jìn)行了摸索，通過(guò)分析以往超差項(xiàng)目，綜合各種情況后，對(duì)工藝流程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，避免精加工要素的跳動(dòng)量受后續(xù)加工的影響，并進(jìn)一步對(duì)各工序裝夾系統(tǒng)及加工參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。以下是噴涂前組件工藝流程：

3.3 噴涂和渦輪分瓣外環(huán)難點(diǎn)分析和裝配工藝

組件的噴涂工序安排在渦輪分瓣外環(huán)的裝配工序之前進(jìn)行，避免在噴涂過(guò)程中對(duì)渦輪分瓣外環(huán)的石墨涂層造成不利影響。在噴涂過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題是組件在裝夾和受熱條件下，仍會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致加工基準(zhǔn)A，B橢圓變形，對(duì)后續(xù)加工中保證各涂層對(duì)基準(zhǔn)的跳動(dòng)要求造成影響。通過(guò)與噴涂承制單位的分析和研究，先后改進(jìn)了噴涂以及噴涂后加工的工裝，調(diào)整了噴涂加工的參數(shù)，兩次調(diào)整了余量分配，使發(fā)生基準(zhǔn)變形的情況和產(chǎn)生的變形量減少，最終在精加工后涂層對(duì)基準(zhǔn)的跳動(dòng)達(dá)到較好效果。

3.4 噴涂后機(jī)加難點(diǎn)分析和主要工藝

噴涂后需對(duì)各涂層進(jìn)行最終機(jī)加，主要的難點(diǎn)在于如何避免裝夾時(shí)造成零件變形，以及在加工基準(zhǔn)存有輕微橢圓變形后對(duì)基準(zhǔn)進(jìn)行矯正。通過(guò)選用合理的裝夾定位方式，目前已經(jīng)保證了零件基準(zhǔn)在加工時(shí)不會(huì)受力變形。以下是噴涂后組件工藝流程：

4 結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件材料均屬于難加工材料，在渦輪機(jī)匣單組件的研制過(guò)程中，在零件單組件的機(jī)加工藝、組件的裝配和焊接工藝、熱噴涂涂層及其加工工藝等方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為其他類似熱端部件的制造工藝提供了借鑒，但為了使制造工藝成熟穩(wěn)定并推廣應(yīng)用，仍有一些難點(diǎn)需要開(kāi)展深入研究，主要包括薄壁件機(jī)加變形控制、難加工材料機(jī)加參數(shù)探索、焊接前后尺寸精度保證等。