某型涡轮机匣的工艺改进

【摘要】对涡轮机匣的材料特性和加工难点进行工艺分析，并对整个工艺路线的重点工序和薄弱环节进行技术攻关，促进工艺持续改进，为顾客提供质量优良的产品。

【关键词】涡轮机匣 薄壁零件 精密孔 衬套组合 过程稳固评估

某型涡轮机匣是一航空发动机零件，加工中一直存在变形，尺寸不稳，特别是在加工前、后安装边的精密孔和精密孔的组合存在的质量问题。因此，对此进行加工方法和经验的总结和技术难点的攻关是十分必要的。

通过实践中的摸索，对该零件的加工工艺路线、专用夹具、加工参数等方面一系列工艺改进后，过程中减少零件变形对加工后技术要求的影响，质量达到稳定，并得到产品质量检验结果的验证。本文就是针对这一改进过程的技术总结。

1 涡轮机匣的工艺改进

1.1 零件材料性能简介

涡轮机匣是一航空发动机中的重要零件，它的材料性能及加工质量要求非常高，该零件后安装边材料代号为NC22DNb，相当于GH625或Inco625，主要材料成分为：55-60% Ni，20-23%Cr，8-10%Mo，是以钼、铌为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金，具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀，广泛用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备。有高熔点合金元素，具有高抗氧性，热强性和较好的塑性等特点，属于切削性能极差的镍基高温合金。因此加工中：①刀具易磨损；②切削阻力大；③材料导热差、切削点温度高；④易出现加工硬化；⑤零件在加工中内应力大，加工后尺寸不稳定。

前安装边材料为：Z5CNu17-04，相当于0Cr17Ni4Cu4Nb，是一种马氏体沉淀硬化不锈钢。该钢具有较高的强度、耐腐蚀、抗氧化和可焊性，相对于后安装边材料（NC22DNb）有较好的加工性能。

1.2 加工工艺流程分析

1.2.1涡轮机匣加工难点

涡轮机匣最大的加工难点是保证位置度为Φ0.02mm（自由状态下为Φ0.05mm）的精密孔和精密孔设计要求，组合衬套后要求衬套的位置度在自由状态下不能超过0.05mm，此型号涡轮机匣的机匣壁最薄处只有0.8mm，前安装边最大直径为Φ372.5，零件总长为208.5，再加上零件材料有较差的加工性能。因此最关键的工序是数铣加工前、后安装边的精密孔和钳工组合工序。此前所进行的多道磨工和研磨工序也是为了保证前、后安装边的平面度0.01，从而在工序支靠加工减小零件装夹变形影响精密孔的设计尺寸。本文就针对这两道工序进行工艺攻关的总结。

1.3 重点工序和薄弱环节攻关

1.3.1对涡轮机匣精密孔的加工

几乎所有的机匣都有精度和位置度要求相当高的孔，而且涡轮机匣的壁厚在0.8-1.2mm之间，零件刚性差，容易产生加工变形。如图1所示，涡轮机匣要求的精密孔设计要求位置度为Φ0.02mm（自由状态下为Φ0.05mm）。在原来零件支靠面平面度为0.005mm，夹具平面度小于0.01，整面支靠，六点压紧，要求零件在自由状态下和压紧后加工面变化不大于0.007mm的情况下加工很难达到自由状态下的Φ0.05mm位置度的要求，而且位置在角向和径向变化无常，没有规律可循。

针对涡轮机匣的数铣加工工序数铣进行以下的措施：

措施一：改变切削参数，镗刀的参数为S=1000r/min，F=16mm/min，分粗镗、半精镗和精镗，半精镗余量为Φ0.3mm，精镗余量Φ0.1mm；铰刀S=500r/min，F=16mm/ min，铰刀余量Φ0.03mm，质量还是存在不稳定。

措施二：改六点压紧为整个面压紧的方式，对压紧力要求是零件在压紧前和压紧后加工面的平面度允差不大于0.008mm。

措施三：固定设备并进行防错，对于设备G54旋转坐标的详细计算方法在设备注意事项中详细说明，并张贴在设备显眼处，如图2。

结论：某批18件零件18件均合格，合格率100%。

1.3.2精密孔衬套装配组合的攻关

涡轮机匣的精密孔设计要求位置度为Φ0.02mm（自由状态下为Φ0.05mm），组合衬套后要求衬套的位置度在自由状态下不能超过0.05mm，这给组合工序带来很大的困难 。

存在以下问题：冲击力比较大，造成零件容易变形；容易损坏衬套和精密孔；衬套中心轴线与孔轴心线不同轴，与基准平面不能保持垂直，因此位置度也很难达到。在生产过程中，衬套组合前孔的位置度为Φ0.052mm，组合装配后位置度达到Φ0.28mm，为此顾客的抱怨很大。

解决方案有：重新设计组合夹具，对组合夹具的工艺要求提高，安装座的定位孔与安装芯棒间隙配合不大于Φ0.015mm，夹具支靠面平面度不大于0.03mm，与安装座的定位孔垂直度在0.005mm以内，安装芯棒与衬套的定位间隙配合在Φ0.02mm以内，保证安装时衬套与零件基准面的垂直不大于0.007mm；将原来的冲击组合改为静压力，比如通过螺纹压紧方式或摇臂钻的静压力进行装配；将孔口的毛刺利用专用钢刷进行去除，因为衬套与精密孔为过盈配合，过盈量Φ0.015mm以内；将零件孔和衬套用丙酮清洗干净，去除表面杂质；另外做一根定位芯棒与安装座的间隙配合不大于Φ0.02mm，与精密孔间隙配合不大于Φ0.015mm，先将安装座定位孔与精密孔定位好，在用安装芯棒进行组合装配；在装配过程根据配合紧度进行释放应力，即静压力增大再降低再增大反复。

结论：对象零件进行装配组合的15件零件有14件合格，合格率93%，组合前孔的位置度和组合后衬套的位置度允差不超过Φ0.007mm，达到攻关的要求。

2 结语

在对工程技术要求越来越高的今天，我们工程技术人员更应当在技术改进和工艺攻关上，应用先进的工艺技术引领生产的发展，真正体现科技是第一生产力的真理。

参考文献

[1] 机械工程师编委会.机械工程师手册（第3版）[M]. 2007，1

[2] 陈宏钧. 实用金属切削手册（第3版）[M]. 2005，1