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      一至六級雙翼渦輪盤榫槽加工工藝研究

      2018-12-08 07:40:58萬秀屏邊景全孫愛鵬
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年19期
      關(guān)鍵詞:變形控制

      萬秀屏 邊景全 孫愛鵬

      摘? 要:某新型發(fā)動機(jī)低壓渦輪轉(zhuǎn)子一至六級渦輪盤是典型的雙翼渦輪盤新型結(jié)構(gòu),零件結(jié)構(gòu)、形狀較為復(fù)雜,其中榫槽精度要求高,通過拉削工藝方法加工完成。榫槽連接輪盤與葉片,在高溫條件下工作,不僅承受很大的離心力、彎曲應(yīng)力、剪切力等綜合作用,而且葉片葉身是否能夠保持規(guī)定的位置和方向也取決于榫槽的精度。因此保證渦輪盤榫槽的加工質(zhì)量,提高零件合格率至關(guān)重要。本文通過掌握雙翼渦輪盤榫槽加工變形控制技術(shù)和變形規(guī)律,提高零件尺寸精度,拉削變形影響范圍過程受控,解決目前零件合格率低的技術(shù)難題。

      關(guān)鍵詞:雙翼渦輪盤;榫槽拉削;變形控制;工藝方案

      中圖分類號:TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      0 引言

      隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,在新型航空發(fā)動機(jī)中,盤類零件材料的性能不斷提高,榫槽結(jié)構(gòu)更是多樣化、復(fù)雜化,榫槽精度和表面粗糙度要求越來越嚴(yán)格,導(dǎo)致工藝性較差,特別是新機(jī)中出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)榫槽,沒有成熟經(jīng)驗,刀具強(qiáng)度設(shè)計難度更大,拉削過程中崩刀現(xiàn)象更為嚴(yán)重,因此對榫槽拉削技術(shù)提出了更高的要求,如何提高拉刀使用中的強(qiáng)度,有效保證榫槽拉削質(zhì)量,已經(jīng)成為拉削制造技術(shù)上的關(guān)鍵,研究盤類零件的結(jié)構(gòu)特點,保證拉削后榫槽的位置精度和尺寸精度已經(jīng)成為盤類零件研制過程中首要任務(wù)。本技術(shù)攻關(guān)主要工藝改進(jìn)措施包括:統(tǒng)計分析榫槽拉削前后零件尺寸的變化情況和變化趨勢,調(diào)整零件榫槽拉削方案、拉刀結(jié)構(gòu)、拉刀材料、拉削夾具、拉削速度等加工工藝方案,提升雙翼渦輪盤件榫槽的拉削技術(shù)水平,有效地減少加工中的變形。

      1 研究目標(biāo)

      1.1 設(shè)計要求

      低壓一至六級雙翼渦輪盤零件直徑大(Φ800mm~890mm);材料均為高溫合金IN718,屬于難加工材料,各級輪盤榫槽槽型“Ω”型,多圓弧轉(zhuǎn)接,榫槽尺寸小、數(shù)量多,開口小,內(nèi)腔寬,制造精度要求高。高溫合金材料切削性差,拉削力大,增加了拉刀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計難度。技術(shù)要求:

      (1)各級盤110個~130個處榫槽均布,榫槽中心距公差±0.07;(2)第一榫槽與最后榫槽之間弦長偏差為+0.02

      -0.14;(3)榫槽精度高,面輪廓度為0.025mm;(4)榫槽工作面在榫槽對稱平面方向的相互偏移不大于0.02mm。

      1.2 拉削的特點

      利用拉刀的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸精度,通過拉床刀座的直線運(yùn)動,在牽引力或推力的作用下,使刀具一次通過工件表面,完成榫槽等復(fù)雜型面的一種加工方法稱為拉削。拉削是一種高精度、高效率、高復(fù)雜程度可最終一次成型的機(jī)械加工方法,拉削加工屬于多刃刀具同時進(jìn)行切削加工。拉刀的制造精度直接影響零件的精度。雖然拉削速度較低,但這種加工方式,生產(chǎn)效率很高,可以同時完成粗加工和精加工,一次成型。

      盤類件榫槽拉削一直還是加工中的難點,對零件拉削工藝提出較高要求。榫槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尺寸精度嚴(yán)格,榫槽表面粗糙度要求高,刀具制造難度大,刀具壽命提高較難,拉削過程中拉削力大,榫槽拉削后零件易變形,很難保證設(shè)計圖紙技術(shù)要求。

      2 加工工藝方案

      2.1 拉削方案選擇

      雙翼渦輪盤的榫槽槽形小,拉刀容屑槽較短,拉槽中卷屑嚴(yán)重,排屑困難,易打刀。在拉削商發(fā)渦輪盤榫槽時采用漸切法和成型法相結(jié)合的拉削方式,采用成套拉刀共14把,一次拉削成型。第1把~10把為開槽刀,第11把精拉槽口度面及直口,第12把拉槽底R,第13把精拉齒形刀(綜合型面精刀),第14把是備用精刀。

      2.2 拉刀材料結(jié)構(gòu)

      根據(jù)渦輪盤材料的性質(zhì),拉刀修磨后盡可能減少金屬的黏附,提高拉刀的耐用度和使用壽命。拉刀材料選用高性能的高速鋼M42(W2Mo9Cr4VCo8),其硬度、耐磨性和耐熱性雖不如硬質(zhì)合金,但強(qiáng)度、韌性和工藝性能優(yōu)于硬質(zhì)合金。拉刀前角15°、后角3°、定型齒1.5° 。

      2.3 拉刀參數(shù)選擇

      拉削齒升量:以往粗開槽刀的齒升量均為0.05mm~0.06mm,但由于低壓渦輪盤榫槽尺寸小,采用常規(guī)的齒升量,拉刀極易產(chǎn)生崩齒,調(diào)整粗拉刀的齒升量為0.022mm~0.035mm;拉槽底圓弧刀0.015mm;精拉齒型刀為0~0.02 mm。

      2.4 拉削夾具選擇

      增強(qiáng)一至六級渦輪盤榫槽拉削夾具剛性,夾具定位采用軸向壓緊方式:盤心為徑向基準(zhǔn),榫槽其中一側(cè)端面和安裝邊端面為軸向基準(zhǔn),壓緊榫槽另一側(cè)端面,角向定位為安裝邊上孔。夾具裝夾最困難的是一和六級渦輪盤,壓蓋與壓緊定位面只有1mm~2mm距離,定位困難,拉削方向受限,增加壓蓋厚度和增加加強(qiáng)筋,最終增強(qiáng)夾具剛性。六級渦輪盤結(jié)構(gòu)特殊,除具有榫槽外還有篦齒,為防止拉削過程中磕傷篦齒,拉槽前要預(yù)留加工工藝余量;篦齒先單邊預(yù)留0.5mm余量,拉削后再車篦齒,有效地預(yù)防碰劃傷,最終保證符合設(shè)計圖紙的技術(shù)及尺寸要求。

      拉榫槽后零件整體變形較大,榫槽拉削后去除余量多,零件圓周內(nèi)部組織斷裂,應(yīng)力重新均衡后超差情況較大,拉槽后盤心尺寸變小,先加工的二級盤出現(xiàn)零件抱緊榫槽夾具現(xiàn)象,無法卸下零件;后續(xù)采取措施是各級盤心尺寸加工到圖紙要求的中上差,避免夾具無法卸下。

      2.5 拉削速度選擇

      在拉刀的切削用量中,只有拉削速度是能進(jìn)行調(diào)整的,拉削速度不僅直接影響生產(chǎn)效率,而且對拉刀耐用度和渦輪盤表面質(zhì)量也有相當(dāng)大的影響。經(jīng)實驗,高溫合金材料只有在低速拉削時方能獲得最佳拉削質(zhì)量,拉削速度應(yīng)選擇3m/min以下,一般取1m/min~2m/min的拉削速度,可取得較好的表面質(zhì)量,零件變形也相對較小。

      2.6 拉削技術(shù)要求

      (1)拉削正式零件前,需用拉削試驗件的方法調(diào)整機(jī)床,合格后才允許加工真件;(2)新制造拉刀和刃磨后的拉刀在投入工作前需要在試件上進(jìn)行試?yán)?,?jīng)投影合格后方可使用;(3)成型拉刀每拉削兩個盤件,需要在試件上拉削末槽,經(jīng)投影檢查合格后方可繼續(xù)拉削零件;(4)拉刀刃磨前需要投影檢查,以確定刃磨拉削的榫槽是否合格。

      2.7 拉削使用設(shè)備

      采用進(jìn)口數(shù)控高速側(cè)拉床HOFFMAN,主驅(qū)動功率135kW,額定拉力25t,最大行程7500mm。

      2.8 榫槽技術(shù)條件檢測

      (1)榫槽中心距的檢測。榫槽中心矩是規(guī)定榫槽徑向位置尺寸,是控制榫槽到輪盤中心線的距離的重要尺寸。需要在綜合測具上測量,榫槽中心距的百分表在標(biāo)準(zhǔn)件上對零,然后在轉(zhuǎn)接器上測量該百分表的偏差值得到中心距;(2)榫槽輪廓尺寸的檢測。投影儀是榫槽輪廓度檢測的主要儀器,榫槽的輪廓公差、齒形、轉(zhuǎn)接圓弧、角度、齒距尺寸等,通常采用光學(xué)投影檢查試件的方法,選用臥式投影儀,按照榫槽圖樣繪制50倍放大圖。檢查時,將投影試件放在投影儀上,投影面為槽進(jìn)口處,保持尖邊,調(diào)節(jié)物距,使投影清晰;放大圖放在投影板上,調(diào)節(jié)試件和投影板位置,使榫槽基面與放大圖的基面重合;榫槽的影像應(yīng)落在放大圖的輪廓公差帶內(nèi),榫齒的工作面應(yīng)平直,轉(zhuǎn)接圓弧應(yīng)圓滑轉(zhuǎn)接,對比輪廓是否合格,R轉(zhuǎn)接是否合格,圓滑轉(zhuǎn)接等。在放大圖上比對,該方法測量精度較高,可以較好地評價榫槽尺寸精度。投影儀和放大圖應(yīng)保持良好狀態(tài),定期由計量部門按標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行檢定;(3)榫槽扭角的檢測。在測量榫槽扭角時,需要將綜合測具上測量扭角的百分表在標(biāo)準(zhǔn)件上對零,然后在轉(zhuǎn)接器上測量該百分表的偏差值是否在合格的范圍內(nèi),該偏差值的范圍在設(shè)計綜合測具時將扭角的角度公差轉(zhuǎn)換成為一定長度上弦長的變化量;(4)榫槽工作面在對稱平面方向的相互偏移不大于0.02mm。由合格拉刀保證,檢測拉刀合格證;(5)第一榫槽與最后榫槽之間弦長偏差為+0.02

      -0.14,使用公法線千分尺檢測;(6)榫槽位置度的檢測,使用公法線千分尺檢測。

      結(jié)語

      2017年低壓一至六級渦輪盤零件合格率為95%,達(dá)到預(yù)期設(shè)定目標(biāo)。通過對雙翼渦輪盤的工藝攻關(guān),優(yōu)化了工藝路線,雙翼渦輪盤榫槽變形問題得到了一定的控制,為型號研制和交付需要提供了保證。

      參考文獻(xiàn)

      [1]《航空制造工程手冊》總編委會.航空制造工程手冊:發(fā)動機(jī)機(jī)械加工[M].北京:航空工業(yè)出版社,1997.

      [2]《盤軸制造技術(shù)》透平機(jī)械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書編委匯編.北京:北京科學(xué)出版社,2002.

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