某型机外涵承力环精益加工研究

郭春艳

摘 要：本文以某型航空发动机外涵承力环为典型零件，介绍了腐蚀工艺、热处理工艺在钛合金材料中的应用，介绍了缩短钛合金零件加工周期的方法，同时还介绍了在数控加工中利用层铣刀提高数控铣加工效率的技术。根据腐蚀工艺和热处理工艺的工艺特点，通过调整加工余量的方式，改变热处理工艺和腐蚀工艺的工艺顺序，从而杜绝了零件的半精加工工序，缩短了零件的工艺路线，提高了零件的加工效率，缩短了零件的加工周期。解决了钛合金零件冗长的工艺路线的问题，为今后钛合金零件的加工技术提供参考。

关键词：钛合金；腐蚀工艺；热处理工艺；层铣刀

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1引言

钛合金材料具有高强度重量比，耐腐蚀，耐热性强等特点，是航空发动机的普遍通用的金属材料之一。遵循客户对航空产品的高质量要求，通常钛合金零件要进行腐蚀工艺和热处理工艺。传统加工工艺比较繁琐，工艺路线比较长。在高效技术加工的前提下，传统加工工艺有待调整和优化。通过大量的现场调查，并针对调查结果召开专家分析会，最后针对钛合金零件研究出了新的加工方法。本文以外涵承力环为例，介绍了一种钛合金材料的新型加工技术。

2 工艺路线安排

2.1传统加工方法

腐蚀工艺与热处理工艺在工艺路线的安排上，考虑以下几点：首先，由于热处理工艺后零件变形量难以控制，通常热处理工艺预留加工余量在单边3mm左右，而腐蚀工艺要求零件预留余量尽可能小，达到单边余量1mm以内为最佳腐蚀工艺状态。因此，腐蚀工艺通常安排在热处理工艺之后。

其次，热处理工艺之后产生的氧化层影响腐蚀检查的效果，并且腐蚀工艺要求零件表面粗糙度较高，为Ra1.6以内，因此，零件热处理工艺后，要求安排机械加工工序，即半精加工工序，然后再进行腐蚀工艺，以便去掉零件热处理过程表面产生的氧化层，同时提高零件加工表面粗糙度。

第三，腐蚀工艺对零件表面已经造成了腐蚀，因此零件在腐蚀工艺之后，需要对零件所有表面再进行机械加工，即，精加工工序，以便去除掉腐蚀层。

综上所述，传统工艺中，热处理工艺安排在腐蚀工艺之前，热处理工艺和腐蚀工艺之间要进行半精加工工序，腐蚀工艺之后安排精加工工艺，工艺路线如下：

粗加工-热处理-半精加工-腐蚀-精加工

2.2新型加工方法

新型工艺加工方法，从缩短零件的工艺路线着手，达到缩短整个零件的加工周期，以便降低零件的加工成本。最基本调整加工工艺方案是，考虑将腐蚀工艺调整到热处理工艺之前，即：粗加工-腐蚀-热处理-精加工，减少了半精加工过程（包括车、铣加工）。这样一来，需要解决三方面问题：

第一，零件加工变形问题。零件在热处理后，变形量控制在1mm以内，即满足腐蚀工艺对零件腐蚀表面余量1mm的要求。

第二，确定零件腐蚀工艺之后，零件表面残留的腐蚀液对热处理加热炉不产生化学反应。

第三，热处理工艺之后是否产生增氢，是否需要安排氢含量检测及除氢工艺过程。

3 现场调查

3.1热处理现场调查

经过对热处理工艺的现场大量调查总结如下：

第一，零件表面残留的腐蚀液在干燥状态下对热处理加热炉不产生化学反应，因此在加工余量允许的前提下，可以考虑腐蚀工艺安排在热处理工艺之前。

第二， 600℃以下的稳定热处理工艺几乎不产生增氢量，不需要检测氢含量超标问题，因此，如果腐蚀工艺安排在热处理工艺之前，并不存在氢含量重复检测的问题。

第三，在热处理过程中，通过调整零件在热处理炉中的摆放方式，可以减小零件在热处理中产生的热变形量。

另外，为了减小热处理后零件产生的变形量，在零件粗加工过程中调整加工参数，使加工过程中不产生应力集中的现象。

3.2机加现场现状调查

经过对零件实际加工状态大量数据的调查，总结如下：

通过改变零件的加工方式，及加工余量分布，使零件的变形量控制在0.65mm范围内。这样，零件在热处理工艺之前的加工余量控制在单边1mm，满足腐蚀工艺的工艺要求。

经过上述现场调查分析后，可以调整腐蚀工艺到热处理工艺之前。这样，零件的加工中就可以去掉半精加工工序，大量的缩短了零件的加工工艺路线，从而缩短了零件的加工周期。因此，解决问题的核心转变为控制零件的变形上来。

以外涵承力环为例，针对上述调查结果，召集冶金工艺、热处理工艺、腐蚀工艺等多部门的资深技术专家，根据现场调查结果进行讨论，最后得出结论：

在变形量可控范围内，保证腐蚀工艺要求的加工余量1mm的前提下，加工工艺路线可以将腐蚀工艺安排在稳定热处理工艺之前进行。这样，对材料为TC4的零件外涵承力环进行了简单的工艺调整：

改进前工艺路线：粗车端面内孔及试件-粗车端面外圆-粗铣型面-稳定处理-修基准-半精车小端-半精车大端-半精铣型面-腐蚀检查-车基准-精车大端…… （其余工艺部分未示出）。

结语

针对钛合金零件的加工，腐蚀工艺可以安排在时效热处理工艺之前，这样有利于缩短零件的工艺路线，从而缩短零件的加工周期。其次，钛合金零件在铣加工中，采用飞碟铣刀加工要优于传统的玉米铣刀加工，有利于提高铣加工效率，降低零件制造成本。

采用新加工技术加工的外涵承力环，成果有三方面：

（1）减小了零件的变形，避免了铣加工接刀痕的产生，杜绝了钳工打磨零件的现象；

（2）飞碟铣刀在钛合金零件中的应用，较传统铣加工提高铣加工效率25.92%；

（3）缩短了零件的制造周期，由原来的68天缩短到30天。

参考文献

[1]刘保库，詹德培.钛合金加工技术研究[J].新技术新工艺，2009.

[2]杨冠军.钛合金研究和加工技术的新进展[J].钛工业进展，2001（03）.