工作叶片榫槽工艺方案分析

崔智勇， 谢芳， 郝小红

（中国人民解放军第五七一九工厂,四川彭州611936）

0 引言

涡轮工作叶片根部承受的离心力高达100～150 kN，榫头处于1 000℃左右的高温下工作，材料的机械性能大大地降低。因此，涡轮叶片采用枞树形结构，此结构允许榫头连接处受热后能自由膨胀，以减少热应力，同时榫头的传热性好，使叶片上的热量容易散走。榫槽的结构复杂，精度高，表面质量要求很高，对加工方法、加工参数都有严格的要求，以防止在榫头表面造成加工缺陷。

1 产品分析

工作叶片材料是DZ125定向凝固镍基铸造高温合金，由精密铸造而成，是我国目前性能水平最高的铸造高温合金之一，具有良好的中、高温综合性能及优异的热疲劳性能，材料韧性大、硬度高。叶片见图1。

高温合金含有许多高熔点合金元素如铁、铬、镍、钴、钒、钼、钨、铊、铪等，并与其他元素构成定向凝固柱晶高温合金，切削加工时塑形变形较大。

图1 工作叶片

图2 工作叶片榫槽图

如图2所示，榫齿的外形是主要工作面，具有复杂的线型，榫齿与内型孔壁的最小壁厚2.3 mm，型面与安装面的定位尺寸精度18.31±0.04 mm，配合型面的面轮廓度分别为0.02 mm、0.07 mm，榫头锥度沿滚棒在榫头轴向长度≤0.02 mm，榫头对对称平面的偏移≤0.085 mm，一面榫齿相对于另一面榫齿的平行度误差≤0.02 mm，榫槽表面不允许有划痕。在保证外形尺寸的同时，还要保证装配位置尺寸及型面的形位公差，这样就对砂轮及滚轮的制造精度要求很高，否则将影响工作叶片的配合间隙，过紧和过松都会影响工作叶片的稳定性和安全性。

2 工艺性分析

通过对产品的分析，在传统的机械加工领域里，铣削加工和拉削加工都无法满足定向凝固镍基铸造高温合金枞树形榫槽的加工性能。工作叶片榫槽采用缓进磨削工艺，利用往复磨削的砂轮和砂轮线速度，增大磨削深度，工作台缓速进给，使砂轮以铣削方式工作，取得铣削的效率，达到磨削的精度和粗糙度。工作叶片材料韧性大、硬度高，榫槽配合面精度0.02 mm，表面质量Ra1.6以上，缓进磨削工艺很好地解决了这些技术关键。

缓进磨削机床必须满足大切深、缓速进给、强冷却的要求，且功率大、刚性好、工作台低速进给稳定，主轴系统精度高，具有冷却液容量大的循环过滤系统。

榫槽磨削用砂轮选择要求硬度在超软范围内，组织为最疏松的级别，大气孔率，气孔大小应与磨料粒度相适应。砂轮型面采用滚轮修磨成榫槽形状，见图3，再用成型砂轮磨削工作叶片榫槽。

磨削的夹具有较好的刚性，定位精确高，见图4。此次WS10高涡叶片榫齿磨削夹具采用大、小夹具配合使用设计模式，小夹具负责夹持零件，大夹具作为底座起10°角设计，保证榫槽与叶身的夹角为10°，小夹具上零件定位采取六点定位，一次可以装夹2件叶片。

图3 成型滚轮

图4 磨削夹具

如图5所示，叶片榫槽采用投影测量检查型面，工作叶片安装在专用投影检验夹具上，测量夹具采取与磨削夹具相同的六点定位，保持叶片投影时平行与垂直，放大20倍投影与放大图进行比对，确定榫槽形状尺寸是否合格。

3 结论

经实践证明，采用缓进磨削加工枞树形工作叶片榫槽是一种有效的工艺方法，能保证榫槽的外形尺寸精度、形位公差，避免零件在加工过程中产生的变形，防止零件表面在加工过程中造成的烧伤、裂纹等缺陷，产品合格率在90%以上。

图5 测量定位夹具

［1］《航空制造工程手册》总编辑委员会.航空制造工程手册［M］.北京：航空工业出版社，1994.

［2］《中国航空材料手册》编辑委员会.中国航空材料手册［M］.北京：中国标准出版社，2008.

［3］ 李嘉荣，熊继春，唐定中.先进高温结构材料与技术（上、下册）［M］.北京：国防工业出版社，2012.

［4］《航空发动机设计用材料数据手册》编委会.航空发动机设计用材料数据手册［M］.北京：航空工业出版社，2008.