李健

摘 要：低壓渦輪軸是航空發(fā)動機的關鍵轉(zhuǎn)動零件，發(fā)動機工作時，低壓渦輪軸長期在交變載荷環(huán)境下工作，所以其結(jié)構(gòu)復雜，材料多為高溫合金、高強度鋼等，具有切削性能差、加工周期長等特點。本文采用車銑復合機床來加工低壓渦輪軸，與傳統(tǒng)的低壓渦輪軸加工工藝路線相比，其生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量明顯提高，成本顯著下降。

關鍵詞：車銑復合;低壓渦輪軸;加工工藝

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0053-02

Research on Processing Technology of Low Pressure Turbine

Shaft Based on Turn-milling Compound

LI Jian

（Guizhou Education University，Guiyang Guizhou 550018）

Abstract： The low-pressure turbine shaft is the key rotating part of the aero-engine. When the engine is working， the low-pressure turbine shaft works under long-term alternating load environment. Therefore， its structure is complex， and the materials are mostly high-temperature alloys， high-strength steels， etc.， which have the characteristics of poor cutting performance and long processing cycle. This paper used a turning and milling machine tool to machine the low pressure turbine shaft， Compared with the traditional low-pressure turbine shaft processing route， the production efficiency and processing quality were significantly improved， and the cost was significantly reduced.

Keywords： turning and milling composite;low pressure turbine shaft;processing technology

從發(fā)展過程來看，航空發(fā)動機的低壓渦輪軸結(jié)構(gòu)越來越復雜，材料越來越難加工，對機床的性能要求也越來越高[1]。隨著車銑復合的應用，工序分散的單一加工逐漸被淘汰，工序集中的復合加工成為發(fā)展趨勢，原來的一次裝夾只能實現(xiàn)車或銑等，而現(xiàn)在的一次裝夾可以實現(xiàn)車、銑、磨和鉆等多種機械加工，所以采用車銑復合加工低壓渦輪軸變得越來越重要[2，3]。

1 低壓渦輪軸的特點

低壓渦輪軸主要作用是安裝軸承和傳遞扭矩，其尺寸公差和形位公差等精度要求高，結(jié)構(gòu)復雜，工藝集成度高，工藝難度大，加工周期長。其主要結(jié)構(gòu)有：臺階和錐形深孔、大小復雜型腔、花鍵齒、篦齒、軸承支點、盤軸用連接孔及多個過油孔，小頭直徑一般小于50mm，長度約1 200mm，長徑比大（[LD]≥25），空心薄壁（壁厚約為5.5mm），壁厚差小于0.1mm，是典型的長軸薄壁類零件。

2 低壓渦輪軸的傳統(tǒng)加工工藝

受軸類零件特點和加工設備限制的影響，軸類零件的傳統(tǒng)加工工藝為，先車再銑，然后磨。低壓渦輪軸的傳統(tǒng)加工工藝路線為：毛料圖—打頂尖孔—粗車軸大頭外圓—粗車軸頭部及鏜引導孔—鉆擴孔—切試件及平軸總長—車試件—粗鏜軸大頭內(nèi)孔—車軸外圓—超聲波探傷—車軸大頭外圓—熱處理—車軸外圓—修復壁厚差—車軸頭部及鏜引導孔—鏜軸尾孔—鏜軸內(nèi)孔—鏜軸內(nèi)小孔—鏜內(nèi)孔型面—修復基準—車軸頭部—粗鏜尾孔—車軸小頭—車軸頭部端面槽—車軸小頭外圓—車軸桿部外圓—車尾部錐體—磨外圓基準—精車軸頭部—鏜頭部內(nèi)型面—鏜軸頭部環(huán)槽及內(nèi)腔—磨小頭內(nèi)孔—銑頭部內(nèi)槽—銑長槽—銑頭部端面槽—銑頭部槽—滾銑軸花鍵—車桿部—車軸內(nèi)外臺階—車小頭螺紋—車錐體—銑鎖緊槽—銑大頭端部槽—鉆中部孔—銑軸中部長孔—鉗工加工—磨外圓—磨內(nèi)孔—鉆尾部小孔—鉆斜孔—鉆孔和攻絲—鉗工加工—車頭部內(nèi)螺紋—車工藝凸臺—修頂尖孔—磨內(nèi)孔—磨軸承孔—拋光內(nèi)孔—拋光外圓—劃線—鉗工加工—洗滌—磁力探傷—最終檢驗。

該工藝路線主要的加工難點表現(xiàn)在三個方面。

2.1 深孔的加工和壁厚差的保證

低壓渦輪軸內(nèi)孔的加工和外圓的加工分別是在深孔鏜床和數(shù)控車床上完成的，但是兩道工序找正基準不重合，并且內(nèi)孔較深（深度921mm），很容易出現(xiàn)讓刀、振刀現(xiàn)象，導致內(nèi)孔加工不合格，內(nèi)孔表面光度不好，致使壁厚差不容易保證，最終影響軸的動平衡。

2.2 復雜型面的加工

復雜零件需要各種專用工裝。受數(shù)控機床的限制，車、銑、磨和滾齒等工序需要分開加工，即需要多次裝夾，造成裝夾找正基準不重合，很容易導致精度高的裝配尺寸不合格，并且每加工一次，就需要檢測一次，這樣就大大延長了零件的加工周期。

2.3 生產(chǎn)周期長

在數(shù)控加工中，程序調(diào)整、工裝夾具準備、刀具準備及零件檢測等占用的時間較多，加工效率偏低。

3 車銑復合加工低壓渦輪軸的工藝分析

車銑復合具有車、銑、磨、鉆和鏜等多種功能集于一身的數(shù)控機床，其加工精度和加工效率高。根據(jù)車銑復合機床的特點，低壓渦輪軸的加工解決方案如下。

一是軸的粗加工工序余量大，公差尺寸也比較大，放在一般的機床上加工就很容易保證尺寸，同時為了充分利用傳統(tǒng)工藝路線機床，軸的傳統(tǒng)工藝路線的毛料加工及粗加工工藝路線不變。二是由于軸內(nèi)孔的鏜削余量比較大，耗時比較長，如放在車銑復合機床上加工，會占用大部分車銑復合機床的時間，為了充分利用傳統(tǒng)工藝路線機床，把內(nèi)孔的粗鏜和半精鏜削放在數(shù)控鏜床上加工。

三是為了縮短軸的加工周期和提高軸的加工質(zhì)量，把軸的半精加工和精加工放到車銑復合機床上加工，因為車銑復合機床精度高并且是五軸聯(lián)動機床，所以復雜型面的尺寸公差更容易保證。四是為了保證軸的壁厚差，把軸的內(nèi)孔精鏜和軸的外圓桿部精加工放在一道工序上加工，這樣就保證了裝夾的基準一致，使軸的壁厚差和形位公差更容易保證。

4 車銑復合加工低壓渦輪軸的工藝路線

根據(jù)車銑復合加工低壓渦輪軸的解決方案，本文制定了低壓渦輪軸的加工工藝路線：5毛料圖—打頂尖孔—15粗車軸大頭外圓—粗車軸頭部及鏜引導孔—鉆擴孔—切試件—平軸總長—車試件—粗鏜軸大頭內(nèi)孔—車軸外圓—超聲波探傷—車軸大頭外圓—熱處理—車軸外圓—修復壁厚差—車軸頭部及鏜引導孔—鏜軸尾孔—鏜軸內(nèi)孔—鏜軸內(nèi)小孔—鏜內(nèi)孔型面—修復基準—車軸頭部—粗鏜尾孔—半精車軸大頭—半精車軸小頭—車銑鉆軸大頭及桿部—精車軸小頭—劃線—鉗工加工—洗滌—磁力探傷—最終檢驗。

5 車銑復合加工低壓渦輪軸的優(yōu)勢

采用傳統(tǒng)工藝加工低壓渦輪軸需要64道工序，采用車銑復合加工低壓渦輪軸需要32道工序（把低壓渦輪軸半精加工和精加工的36道工序合并成4道工序在車銑復合機床上加工）。其優(yōu)勢表現(xiàn)在三個方面。

5.1 縮短了加工周期

車銑復合加工減少了32道工序，減少了檢驗時間（因為每加工完一道工序都需要檢驗），減少了裝夾找正時間、各工序之間轉(zhuǎn)運零件的時間和零件尺寸超差返修時間等，提高了生產(chǎn)效率。

5.2 提高零件加工質(zhì)量

車銑復合機床精度高，并且自帶檢測探頭，在零件裝夾找正和加工過程中不斷檢測及修正加工參數(shù)，減少人為干預帶來的誤差，使得零件尺寸更容易保證。車銑復合加工減少32道工序，減少專用工裝使用的數(shù)量（因為每個工裝本身就有一定的誤差），同時縮短加工周期，減少兩道工序之間轉(zhuǎn)運零件碰傷的概率，提高了零件的質(zhì)量。

5.3 降低大量成本

車銑復合加工減少了很多專用的夾具和測具，減少了數(shù)控機床的數(shù)量（如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、磨床和滾齒床等），同時減少了用工成本（車銑復合機床僅用1個人就可以代替數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、磨床和滾齒床操作工等），提高零件加工質(zhì)量，減少零件返修成本和零件尺寸超差報廢的成本。

6 結(jié)論

采用車銑復合加工低壓渦輪軸具有明顯的優(yōu)勢。它不僅縮短了軸的加工周期，提高生產(chǎn)效率，還提高了零件的加工質(zhì)量，節(jié)約了大量成本。該研究為使用車銑復合加工其他長軸類零件提供了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]秦琴，毛子薦，劉昭凡.高溫合金在航空發(fā)動機領域的應用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工具技術(shù)，2017（9）：3-6.

[2]張晶，韓彬，金英卓.車銑復合加工在航空發(fā)動機精密零件中的應用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（15）：50-51.

[3]陳征，劉峻宇，張月.車銑復合技術(shù)在航空零件制造中的應用研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（7）：48-49.