盤(pán)后封嚴(yán)擋板零件加工變形質(zhì)量控制方法

萬(wàn)秀屏　邊景全　于璐

摘 要：渦輪轉(zhuǎn)子部件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，盤(pán)后封嚴(yán)擋板是渦輪轉(zhuǎn)子上的重要零件，工作條件為高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的特殊環(huán)境，該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬薄壁易變形零件，零件合格率低，本文通過(guò)工藝方法調(diào)整工藝路線，改變零件裝夾方式，控制過(guò)程質(zhì)量，提高零件合格率。

關(guān)鍵詞：薄壁件；加工變形；質(zhì)量控制方法

中圖分類號(hào)：TG15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

盤(pán)后封嚴(yán)擋板為某批產(chǎn)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要部件，材料為GH4169，零件最大外圓直徑為φ545mm，最小壁厚為2mm，如圖1所示。尺寸精度要求高，技術(shù)條件要求嚴(yán)格，零件加工時(shí)易變形。與低壓渦輪二級(jí)盤(pán)配合處止口尺寸銑加工后嚴(yán)重變形，自由狀態(tài)下變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重的甚至造成零件無(wú)法滿足設(shè)計(jì)最終要求。近幾年交付的零件合格率僅為92%。本次質(zhì)量改進(jìn)通過(guò)檢測(cè)零件在不同工序后精密配合尺寸數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)收集設(shè)計(jì)要求限位狀態(tài)檢查的零件在自由狀態(tài)下的變化量。摸索薄壁件的加工特性，變形特點(diǎn)、優(yōu)化加工方法、加工路線、裝夾方式、刀具選擇等，以及零件變形的控制方法。

1.存在問(wèn)題

盤(pán)后封嚴(yán)擋板零件為薄壁易變形零件，配合止口尺寸，設(shè)計(jì)圖要求允許所有直徑尺寸允許在機(jī)床上檢查，但零件自由狀態(tài)差異較大，合格率低。薄壁件加工弱剛性零件加工是復(fù)雜的制造工藝難題，主要表現(xiàn)在：由于切削力的作用，刀具和工件均會(huì)產(chǎn)生一定的彈性變形，在加工過(guò)程中，尺寸精度難以控制保證。表面質(zhì)量難以保證，深腔薄壁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及高溫合金自身材料特點(diǎn)導(dǎo)致高溫合金整體結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中極易產(chǎn)生振顫，使表面質(zhì)惡化。加工效率難以提高，工件剛性差，易產(chǎn)生振顫等特點(diǎn)導(dǎo)致傳統(tǒng)的高溫合金整體結(jié)構(gòu)件只能在低切削用量水平上進(jìn)行，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高。

2.解決措施

2.1 原因分析。配合止口尺寸在數(shù)控車(chē)床上No.45精車(chē)一端工序中車(chē)加工完成，在機(jī)床上檢查直徑尺寸，最終檢驗(yàn)查工序檢驗(yàn)印章。但在本工序后還安排了車(chē)外徑、車(chē)篦齒、銑圓弧槽、銑異形孔等機(jī)加工序及噴涂工序，這些工序都可能導(dǎo)致零件變形，導(dǎo)致零件在自由狀態(tài)與機(jī)床上檢測(cè)差異較大，造成該尺寸超差。

2.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)原有自由狀態(tài)下超差零件測(cè)量、分析發(fā)現(xiàn)：所有超差的配合止口尺寸均小于設(shè)計(jì)值下差。因此，本次質(zhì)量改進(jìn)將尺寸在No.45精車(chē)一端工序中預(yù)留了部分余量，調(diào)整為，選取10臺(tái)份零件，在車(chē)加工、銑加工、噴涂等對(duì)直徑尺寸可能造成影響的工序后增加測(cè)量工序。統(tǒng)計(jì)配合尺寸在自由狀態(tài)與限位狀態(tài)下的變化情況，找出影響零件變形和尺寸變化的主要影響工序和因素。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，每道機(jī)加工序過(guò)后都會(huì)對(duì)該尺寸造成不同程度的影響。導(dǎo)致該尺寸在形成后逐漸變小。

2.3 制定合理的工藝路線。改進(jìn)前工藝路線：精車(chē)一端→精車(chē)內(nèi)孔及槽→精車(chē)外徑及端面→精車(chē)型面→鉆孔、銑異形孔→銑花邊→車(chē)封嚴(yán)齒→噴涂→車(chē)封嚴(yán)齒外徑。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)工藝路線進(jìn)行了下列調(diào)整：（1）所有工序完成后，增加了修復(fù)基準(zhǔn)工序，對(duì)尺寸及相關(guān)技術(shù)條件進(jìn)行了修復(fù)，使用專用標(biāo)準(zhǔn)件、測(cè)具在限制狀態(tài)下檢測(cè)。（2）精車(chē)一端前，增加磨基準(zhǔn)面工序，保證該尺寸加工時(shí)，零件狀態(tài)良好。調(diào)整后的工序路線：精車(chē)前磨基準(zhǔn)→精車(chē)一端→精車(chē)內(nèi)孔及槽→精車(chē)外徑及端面→精車(chē)型面→鉆孔、銑異形孔→銑花邊→車(chē)封嚴(yán)齒→噴涂→車(chē)封嚴(yán)齒外徑→修復(fù)基準(zhǔn)。

2.4 編制數(shù)控程序。零件加工的工藝路線、加工順序和走刀軌跡、切削用量、刀具材料的選擇等工藝方案是否先進(jìn)合理，直接影響零件的加工變形。通過(guò)在UG模擬仿真軟件中構(gòu)建數(shù)控立車(chē)的仿真環(huán)境，建立零件模型，開(kāi)發(fā)后置處理模塊，編制粗加工去余量程序。在粗加工中編制數(shù)控程序，使用切刀去除較大余量。在半精加工和精加工中編程方式采用刀心方式，去除大部分余量，然后采用輪廓編程方式，去除少部分余量，保證尺寸和精度要求。

2.5 固化零件的加工設(shè)備和操作人員。工藝改進(jìn)后，在設(shè)備資源能力有限的情況下，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)固化了加工設(shè)備和加工人員，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和加工人員相對(duì)穩(wěn)定。

2.6 設(shè)立質(zhì)量控制點(diǎn)。識(shí)別并有效控制質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)立質(zhì)量控制點(diǎn)，充分利用運(yùn)行圖、SPC控制圖等質(zhì)量工具對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)找出過(guò)程異常情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”六大要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控。共收集90臺(tái)份加工數(shù)據(jù)，均無(wú)超差現(xiàn)象，加工狀態(tài)穩(wěn)定，改善效果良好。

結(jié)論

通過(guò)加工驗(yàn)證，摸索變形規(guī)律，按優(yōu)化后工藝加工的零件均合格，并且狀態(tài)穩(wěn)定，現(xiàn)已納入工藝規(guī)程，增加了車(chē)加工修復(fù)工序。綜上所述，盤(pán)后封嚴(yán)擋板質(zhì)量改進(jìn)效果顯著，目前零件合格率從92%上升到98%，達(dá)到了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

[1]王聰梅.航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件機(jī)械加工[M].北京：航空工業(yè)出版社，2014.