涡轮风扇发动机高压压气机转子组合钻铰孔技术案例研究

摘 要：高压压气机转子是某型涡轮风扇发动机的核心部件，其鼓筒的各级盘分别采用电子束焊和长螺栓连接两种方式，最后形成组件。其中1～6号件及各支承环由24根长螺栓采用一定的拧紧力矩连接压紧，各螺栓孔采用组合钻铰的方法进行加工，以获得组件螺栓孔良好的同心度，从而保证转子组件在最终装配后双头螺栓能够转动自如，使拧紧力矩完全作用在盘的压紧上，而非克服螺栓与盘孔的摩擦力上。因此，有必要对转子组件钻铰孔的工艺进行深入的分析和研究，以获得良好的技术状态，保证转子组件稳定的装配状态。

关键词：高压压气机转子；组合钻铰孔；分析

中图分类号：TK41 文献标识码：A

1 概述

发动机在外场使用过程中，封严盘即2号件的均压孔裂纹故障是主要故障之一。为了提高发动机使用的可靠性，改善封严盘的抗疲劳性能，经过大量的试验，将封严盘的材料由原来的高温合金改成了粉末合金。

按照技术文件要求，高压压气机转子在更换盘、轴时，要对转子进行组合钻铰孔，目的为了保证换上的新品封严盘螺栓孔位置度与原组件一致，连接各级盘的24根双头螺栓能够转动自由不卡滞，即达到螺母的拧紧力矩完全作用在各级盘压紧形变而非消耗在克服螺栓的卡滞上。

2 组合铰孔工艺简介

2.1 高压压气机转子结构复杂（图1），组合铰孔切削部分由9个零件组成，切削深度较长（为116）。同时，孔径尺寸精度要求较高ΦD+0.019 ，加工难度较大，极易造成尺寸超差。

2.2 更换的零件与原高压转子组件螺栓孔的位置度不一致，个别转子零件螺栓孔位置偏移量较大，影响加工精度。

2.3 24根双头螺栓固紧工艺环6个螺母为一组，造成装配时各个螺栓之间相互影响装配位置度，从而造成螺栓卡滞，进而影响各级盘装配的同心度。

3 单盘铰孔工艺方法及论证分析

鉴于以上分析的高压转子组合铰孔的特点及问题，适应批量更换粉末合金封严盘，提出更换粉末合金封严盘单盘铰孔工艺方法研究。单盘铰孔方法研究，旨在仅对封严盘（有时包括9级承力环）按高压轴原孔额定位置进行铰孔，而不进行整个高压转子组合铰孔，同样保证原来高压转子组合铰孔的技术要求

3.1具体工艺方法研究

（1）设计专用工装

为了保证封严盘单盘铰孔后与高压转子装配状态下的技术状态一致，即封严盘有相同的变形量及额定位置设计了专用工装。

工装模拟高压转子9级盘及9级承力环的技术状态（差值为4），高压轴及封严盘组件安装到工装上后，即模拟高压转子装配状态，24个螺栓连接进行压紧，新品粉末合金封严盘变形量在0.6～0.7左右，从而保证钻铰孔后封严盘与装配状态时保证一致。

工装改变了原来的支撑基准，增加了辅助基准，减少了加工过程中因切削力造成对封严盘孔径尺寸精度的影响。

（2）设计、选用专用刀具，保证孔径的尺寸精度及位置度

刀具切削部分尺寸改进

精铰刀切削部分尺寸精度要求不低于0.003（原刀具0.005），跳动不大于0.005（原刀具0.01）。

3.2加工工艺方法，保证封严盘螺栓孔位置度与高压轴一致。

（1）铰孔前，测量高压轴两端面的平行度；

（2）铰刀的定位：检查高压轴螺栓孔状态应完好；采用专用顶尖对高压轴螺栓孔进行定位，定好后锁紧主轴换刀，加工一孔定位一次；

（3）主轴转速：50-70r/min；

（4）进给方式：手动进给，如果遇到加工声音异常，立即停止；

（5）刀具检查：每加工完一孔后，检查刀具状态，不允许有崩刃、严重的磨损；

（6）尺寸测量：应清理干净铁屑后，用千分表进行孔径测量，要三检。

4 工艺试验

下面就从更换新品粉末合金封严盘的新工艺方法入手，进行工艺试验并论证分析。

（1）对X2台高压轴进行检查，高压轴两端平行度0.02，孔径垂直度0.02以内，椭圆度合格，用其作为钻模板，对封严盘进行钻铰孔，铰孔后技术状态如表1。

（2）加工的封严盘孔径尺寸精度0.008

～0.015，合格。

（3）与螺栓配合合格，满足0.016-0.052

（4）按照工艺规程直接装配，实际伸长量在0.19～0.22，双头螺栓转动自如。

5 新工艺方法的实施预期效果

5.1 增加高压压气机转子的使用次数

按照原工艺每次高压压气机转子组合铰孔有时需要加大2～3个组别才能满足技术要求，减少了剩余的修理次数。本工艺方法能够增加修理次数。

5.2 提高生产率

对高压压气机转子可靠性无影响，保证技术要求的同时，提高发动机修理的生产效率。即：减少每台发动机高压压气机转子组合铰孔预装配时间、组合铰孔时间、铰孔后分解时间。

5.3 降低成本

（1）减少刀具使用量，进而降低高压压气机转子组合铰孔所用刀具的成本；

（2）缩短加工周期，降低工人劳动强度。

参考文献

[1]《机械工程手册》编辑委员会编. 机械工程手册[S].北京：机械工业出版社，1982.

[2]冯潼能.MBD技术在协同设计制造中的应用[J].航空制造技术，2010（18）：64-67.

[3]金航数码科技有限责任公司.为解决技术状态管理在黎明公司的应用需求而形成的一份文档[Z].