细长空心涡轮轴加工工艺研究

陈磊++张晓熹++王莲++姜莹

摘 要：低压涡轮轴是典型薄壁空心长轴，该零件材料为GH4169，切削工艺性差，难加工，刀具易磨损，加工硬化现象严重，加工过程中零件转速不能太高。零件大头锥面直接过渡到轴身及深孔结构特点，需要设计、制造特殊结构的专用深孔钻头、深孔铰刀等专用工装、数控机夹刀具。寻求最佳的走刀路线和接刀点位置，调整、优化数控程序，摸索最佳切削参数，通过切削试验来验证数控程序的正确合理。

关键词：低压涡轮轴；加工工艺；壁厚差

中图分类号：V232 文献标识码：A

解决涡轮轴加工关键在于数控车床实现对低压涡轮轴长轴身和大头辅板内外型面的加工。经过现场加工和检测验证，效果显著，保证低压涡轮轴内外型面加工质量，满足零件图纸的要求。

1.制定工艺路线

毛料图表→打顶尖孔→粗车外圆→粗车头部及镗引导孔→车外圆→钻孔→钻孔→钻孔→镗大头内孔及车外圆→小头内孔及切试件→热处理（时效处理）→车外圆→精镗小孔→车大端面→稳定处理→细车轴身外圆端面→镗内孔→精绞内孔及型面→镗内孔→精铰内孔及型面→镗内孔及型面→精铰内孔型面→腐蚀检查→修复基准→精镗小头内孔→镗大端内孔→精车轴身外圆→精磨外型面→标印→加工滚齿试件→滚试件→滚花键套齿→去毛刺→车大端止口及内型面→钻孔及铣大端面槽→去毛刺→攻丝→钻轴身斜孔及铣槽→去毛刺→铣小头端面槽→电加工椭圆孔→钻斜孔→去毛刺及重熔层→电加工孔和槽→去重熔层及毛刺→清洗→荧光检查→清洗→最终检验→镀铬→精车篦齿→喷涂前检验→磨外径→铣篦齿端面槽→去毛刺→洗涤→局部荧光→洗涤→喷涂→精车篦齿外径→动平衡→平衡去重→洗涤→喷丸→检验→修复配合表面→入库。

2.加工实施的具体方案

2.1 深孔加工

深孔加工最重要的一步为加工引导孔，配做与引导孔适合间隙导键尺寸，深孔钻头刀刃情况。引导孔加工分两种情况，一是在零件本体上加工引导孔，这种方法比较困难，比较传统，实现起来费时费力。另一种方法是在零件外接部分加工引导孔，这种方法比较实用，可以多个零件同时使用，目前这种方法普遍推广。

2.2 导键的加工

首先导键是深孔加工最基本最关键的环节，深孔加工的好与坏全看导键是否合适，导键一般采用夹布胶木、白桦木、厚胶皮、硬质合金（批产零件情况下使用，价格昂贵）。导键与刀体安装完毕后同时与刀具连在一起后，在加工导键外径时，导键外径尺寸必须低于刀尖0.01mm～0.02mm，如果需要转接，必须同时加工，找正基准必须统一，不能采用挤导键的加工方案。

2.3 内排屑和外排屑

通常都采用内排屑，有助于零件的内孔粗糙度，内排屑需要在刀具上设计排屑孔和零件需要封油装置。

2.4 零件的热处理

热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸，而且都由加热、保温、冷却3个阶段组成，细长轴类零件热处理一般采用吊装方式进行，即常说的#式炉热处理工艺。

2.5 变形控制

在精加工中，允许轴身和外型面可分别加工，同时分多次进刀，去除大部分余量，减少粗加工对零件变形影响，在单边上留0.5左右余量，检查零件跳动符合要求后，再车至设计尺寸，加工中一定要充分浇注冷却液，提高表面质量。以便接刀和减少温度变化对零件尺寸的影响。

2.6 壁厚差保证

在相关的工序精车内孔型面时，将零件大端外径及端面车一刀，保证零件基准的技术要求，使该外径与内孔型面保持同轴，在精车工序时，找正该外圆和轴身跳动不大于0.01mm，这样就可以保证零件壁厚差不大于0.05mm。

2.7 壁厚差保证检测与修正

步骤1，空心长轴经过深孔加工后，对各个截面的壁厚差进行测量，并用记号笔在零件外圆的不同截面上，将壁厚差的最大值标定出来；找出壁厚差最大值的前后两个截面。

步骤2，在车床上采用找偏心的方法有意将零件找偏，找偏数值与壁厚差最大值的前后两个截面壁厚差数值相当。尾顶尖一侧可用垫顶尖的方法进行找偏。

步骤3，将机床主轴一侧和尾端架中心架处各车出一个基准环带，用架中心架支撑零件尾部基准环带，找正两端基准环带跳动在0.01mm以内；车加工尾孔基准倒角与尾顶尖配套，并与旋转中心同轴。用千分表检查跳动在0.005mm范围之内。

步骤4，用尾顶尖顶紧度口倒角，卸下中心架，半精车零件外圆全部表面，被加工表面壁厚差得到修正。

步骤5，将零件掉头，架中心架找正已修整的表面跳动在0.01mm以内，对另一端外圆内孔进行车加工修正。

3.低压涡轮轴的加工应注意的事项

加工前，详细检查半精车工序零件的尺寸和技术条件，除在少数地方进行调整外，基本上延用了加工试验的数控程序加工。

为了保证首件研制的加工质量，我们采取了如下措施：

（1）加工过程中每调用一个新程序，操作者、工艺人员对调用的程序进行校对，保证加工程序的正确性。

（2）每次更换刀具或刀片，都要在零件上重新对刀，保证对刀值的一致性，接刀表面圆滑转接。

（3）每加工一次表面，操作者，工艺人员共同进行检查，并于在机床上对给定的刀补值进行校验，以便根据测量值进行调整。

（4）每循环加工一次表面，操作者、工艺人员检查刀具磨损情况，决定换刀点和换刀次数。

通过对比上刀量与实测值之间的差值，进行上刀试验。由于切深不同，转数及进给量不同，刀片的锋利程度不同，零件和刀具受力亦不同，零件变形程度不同，尝试着找出其变形的特点和规律。

参考文献

[1]航空制造技术[M].北京：航空制造技术出版社，2003（10）：75-100.

[2]透平机械现代制造技术丛书编委员会编.盘轴制造技术[M].北京：科学出版社：57-105.