航空用高温合金涡轮后轴工艺研究

（沈阳黎明航空发动机制造（集团）有限公司，辽宁 沈阳 110043）

航空用高温合金涡轮后轴工艺研究

王世威

（沈阳黎明航空发动机制造（集团）有限公司，辽宁 沈阳 110043）

高温合金涡轮轴的加工是航空发动机制造领域的关键技术。属于典型的难加工材料，本文从生产实际出发，收集并总结了以往轴类零件的加工经验，针对高温合金涡轮轴的材料特性和结构特点，制定出了一套合理的加工工艺路线，有效地把零件的加工尺寸控制在了公差范围内。

高温合金；深孔；花键；加工工艺

高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金，高温合金材料成分复杂。高温合金按基体不同可分为镍基、铁基和钴基三类。高温合金特点属于难加工材料，其切削力大，约是普通钢材的1.5～2倍；切削温度高，最高达1000℃以上，表面硬度比基体硬度高50%～100%，加工硬化现象严重；塑性变形大，在室温下的延伸率就可达30%～50% ；刀具易磨损，常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。

由于涡轮后轴结构和形状特殊，因此需要设计、制造特殊结构的专用刀具和定制选用机夹刀具，通过在数控机床上进行试验性加工，收集试验数据，摸索加工规律，吸收借鉴以往相同材料类似结构零件的数控加工经验，解决该轴轴身和大头薄壁幅板内外型面等加工技术难点。最终将该轴件的加工工艺路线订制如下：

毛料图表—打顶尖孔—车超声波第一面—超声波检查—粗车小端外圆—粗车大端外圆—粗车引导孔—钻深孔—平总长、切试件—热处理—细车轴身外圆—车引导孔—扩深孔—镗小孔—腐蚀检查—稳定处理—车修壁厚差—精车打端外圆引导孔—镗孔—粗铰孔—镗引导孔—精铰孔—镗大头内孔—车修壁厚差—细车外圆—镗小头内孔—半精车大头—半精车轴身—镗小头内孔—镗大头内型面—磨小头内孔—精车大头—精车轴身—磨外圆—车大头内段面和螺纹—加工滚齿试件—滚齿—镗端面孔—加工台阶孔—去毛刺—钻大头锥面斜孔—去毛刺—钻铰小头孔和轴身小孔—去毛刺—铣轴身槽—去毛刺—抛光内孔—抛光外圆—清洗—荧光检查—清洗—最终检查—清洗—动平衡—清洗—喷丸—修复喷丸表面—检查—清洗—油封。

在涡轮后轴工艺路线涡轮轴的深孔加工历来是轴类零件加工关键之一，由于其孔深，又是封闭式加工，排屑困难，加工难度大。加工的顺序依次为：钻镗引导孔、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、磨孔，当然具体到某一根轴不一定每项工艺都有，但钻镗引导孔、钻孔、扩孔、镗孔是必不可少的。该轴件主要通过下列工艺方法加工，各种工艺方法的用途、加工难点及解决措施如下：

直接钻深孔极易钻偏，为此在钻孔前先在轴头部钻一个较大直径的孔，并将此孔镗正，作为钻孔时引导用。在实体材料上钻孔，去除内孔大部分余量。加工时钻头细长刚性不好，为此在钻孔前先镗一直径比较大的引导孔，这样可以使钻孔时钻头杆部直径较大，增加了钻头的刚性，并作为钻孔时引导作用，减少了孔的偏斜。为了解决排屑困难、切屑热不易扩散的问题，采用内排屑喷射钻头，进行强制有效地排屑和冷却。在钻孔的基础上扩孔，进一步去除余量为精加工做好准备。镗孔是应用最多的工艺方法，在轴的内孔加工中要反复进行镗孔，用以修复热处理后的变形、减少轴的内外壁厚差，最终使孔的尺寸、形状、位置精度符合设计图样的要求。镗孔存在的主要问题是镗刀杆刚性差、易变性，致使最终的尺寸精度不易保证。为了解决这个问题，需要增加烫到的刚性，可在镗刀杆上加导条支承刀杆；设计防振刀杆，减少刀具的振动，可选用硬质合金刀杆但成本太高。也可采用增加系统刚性的方法，在待镗的内孔内浇注低熔点合金来支承刀杆，放置刀杆的变形。当镗孔后尺寸精度仍达不到设计图样要求时，可采取铰孔加工内孔，使之满足设计图样要求。铰孔只能提高尺寸精度，不能改变位置精度，因此必须在镗孔的基础上进行铰孔。此外，孔的精度高，相应的铰刀精度就更高，制造难度大、使用寿命短，成本高。为解决铰刀的成本问题，采用可调节的浮动铰刀。当孔的尺寸精度和粗糙度要求更为严格时，用镗孔、铰孔不能达到设计要求时，必须用磨孔工序。如果只是个别圆柱孔需要磨削时，可采用普通深孔内圆磨床，如果是内孔型面均需要磨削时必须采用数控内孔磨床。

花键加工也尤为重要，该轴的外花键通常在万能螺纹铣床采用万能螺纹铣床采用展成法以滚铣刀铣削而成。要求高的花键在铣削后还要进行磨削。在万能螺纹铣床31NU220/2000上用展成法加工出渐开线齿型，在齿型方向上留0.15mm磨加工余量。加工前先调整机床，将被加工工件或标准心棒安装于机床两顶尖之间，在外径的两个互相垂直方向找正，在300mm长度上，检查中心线对机床导轨的跳动不大于0.01mm。铣花键应保证：分度圆上弦齿厚；齿向偏差（工艺保证）：±0.05；齿根圆直径：；齿根圆转接半径：跨棒齿距MR：71.04。在花键磨床3451A上用成形磨削法进行磨削，选用砂轮的规格是：P90-X10-X20 WA60LMV35并利用成形打光刀将砂轮修正成型。打光刀材料为CrWMn硬度为HRC 61-64。砂轮成型时，打光刀安装在机床床面的专用支架上，使砂轮和达到光接触并保持一定的压力二者慢慢的旋转，利用打刀光上1.5～2mm宽槽的刃口将砂轮挤压成型，为避免槽的刃口在砂轮上形成重复轨迹，故将槽距做成不等角。加工前须用修整后的砂轮，在试件上加工一个齿并做好标记，送检验单位检查齿型误差和齿根圆转接半径，经检验合格后方可继续加工零件。每修正一次砂轮并经检验试件合格后，加工两件数目不多于两件。而且第二件加工完毕后，必须在试件上磨削一个齿，做好标送检验单位再次检查齿型误差和齿根圆转接半径，零件的齿型误差和齿根圆转接半径不再进行检查。首末件检查的结论单应妥善保存，最终检验时随同零件一起提交校验。

[1]航空铸造涡轮叶片合金和工艺发展的回顾与展望[J].航空制造技术.

[2]高温合金涡轮叶片缓进磨削工艺研究[J].上海交通大学，2009.

V263 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A