史韻琦 趙 宇 關 寧 曹 琳

（1.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043；2.沈陽市萬事達汽車改裝廠，遼寧 沈陽 110043）

該零件外形均由曲面構(gòu)成，壁厚為3.175mm，外圓型面上有八個大島嶼與一個小島嶼，在前端面有144處孔，徑向孔有20處。在零件后端面有160處孔，徑向孔有21處，并有21處花邊。針對零件在加工中受到零件材料難加工，及零件型面復雜的制約，我們進行了大量的研制工作。本篇論文論述了高壓渦輪機匣加工研制的整個過程。

本論文內(nèi)容主要包含以下兩個部分：

a.概述部分：介紹GE公司大型鈷基高溫合金機匣的結(jié)構(gòu)特點和加工工藝難點；

b.工藝路線及機械加工：針對零件結(jié)構(gòu)特點和加工難點論述零件加工工藝和機械加工過程。

1 零件及加工概述

1.1 零件結(jié)構(gòu)

高壓渦輪機匣為鈷基高溫合金環(huán)形靜止零件，輪廓以曲面為主，最大外徑尺寸φ1137mm，高116.497mm，型面壁厚3.619mm，型面上有八個大島嶼及一個小島嶼；零件分前后端面，前端面有114個通孔，徑向孔有20處。在零件后端面有160處孔，徑向孔有21處，并有21處花邊。零件整體如圖1

圖1 高壓渦輪機匣

1.2 零件材料及特點

1.2.1 鈷基高溫合金

高壓渦輪機匣材質(zhì)為RENE41，毛料為鈷基高溫合金模鍛件，含有金屬主要成分有鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦等合金元素。鈷基高溫合金具有較高的強度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕、和耐磨腐蝕性能。用于制作航空噴氣發(fā)動機、工業(yè)燃氣輪機、艦船燃氣輪機的渦輪增壓器。正是由于這種性能，該材料用于高壓渦輪機匣。

1.2.2 加工特點

鈷基高溫合金材料由于成分的原因，材質(zhì)硬難于切削，在加工時受切削力影響變形不大。零件的結(jié)構(gòu)特點對工藝路線、刀具及加工的方法有所要求，在新件的研制階段需要合理安排工藝路線及安排合理的加工方法。

1.3 工藝難點

該零件從設計圖紙進行工藝分析，從工藝路線、加工、刀具三個方面對加工難點進行論述。

1.3.1 機械加工

零件的材料硬度大，型面復雜:

切削零件材料時，零件材料硬度大，型面加工長。在進行半精車時進行深槽加工，普通刀具難于加工該處。

銑加工表面：在進行粗銑削加工時，零件型面余量大，最大處達到19mm余量，加工時需用大量刀具。

2 加工工藝研究

2.1 工藝路線

通過以上的分析制定工藝路線，編制工藝規(guī)程，由于零件整體結(jié)構(gòu)比較復雜，加工路線已先車加工零件外形，后進行粗銑加工去余量，然后進行熱處理工序。再進行精銑加工零件的型面，后焊接，再進行零件的精車加工，后對零件進行銑花邊及鉆孔，最后對零件內(nèi)部進行噴涂。

2.1.1 工藝路線制定

工藝路線：№0毛料-№5車后端面基準-№10粗車前端及型面-№15粗車后端及型面-№20粗銑外型面-№25去應力熱處理-№30修后端面基準-№35半精車前端及型面-№40半精車后端及型面-№50精銑外型面-№55去毛刺-№60焊接連接座-№70修基準-№75精車前端-№80精車后端-№85鉆前端面孔、徑向孔并銑端面槽-№90鉆后端面孔、徑向孔并銑端面槽-№100攻螺紋-№105標印-№110清洗-J115中間檢驗-120熒光檢查-125清洗-130集件-135裝配-140清洗-145噴涂-150車涂層-155修噴涂表面-J160最終檢驗-165入庫

2.1.2 工裝和刀具選擇

工裝：主要根據(jù)GE公司提供的車床和銑床夾具結(jié)構(gòu)圖紙進行設計并制造，檢測用約束測具為自主設計制造。

刀具的選擇：鈷基高溫合金是一種難切削材料，刀具本身成分內(nèi)含有鈷成分，在加工中，刀具材料容易與零件材料產(chǎn)生親和，刀具很容易磨損，故選用刀具時，應選用耐磨涂層，防止零件在加工時，刀具磨損，使得刀具有更高耐磨性，零件得到更好的表面質(zhì)量且延長刀具壽長。

2.2 車加工

車加工共有9道工序：№5車后端面基準-№10粗車前端及型面-№15粗車后端及型面-№30修后端面基準-№35半精車前端及型面-№40半精車后端及型面-№70修基準-№75精車前端-№80精車后端

№5車后端面基準：本道工序車加工零件的內(nèi)孔及外圓，用于下一道工序的找正及壓緊；

№10粗車前端及型面：去除大部分余量為精加工單邊留有3mm余量；

№15粗車后端及型面：去除大部分余量為精加工單邊留有3mm余量；

№30修后端面基準：熱處理后，進行修基準工序，為下道車加工做準備。

№35半精車前端及型面：在零件型面處加工到零件設計圖尺寸，端面留有余量1mm余量。（在NO20工序應力釋放后，型面加工到零件設計圖尺寸）

№40半精車后端及型面：在零件型面處加工到零件設計圖尺寸，端面留有余量1mm余量。（在NO20工序應力釋放后，型面加工到零件設計圖尺寸）

№70修基準：車零件的止口端面及外圓，用于零件的裝夾找正。

№75精車前端：將零件端面尺寸加工到零件最終尺寸，并扎槽。

№80精車后端：將零件端面尺寸加工到零件最終尺寸，并扎槽。

2.3 銑加工

零件的精銑加工：

零件的精銑加工，在精銑加工時，注意合理的安排零件的加工路線，加工的先后順序，加工時的走刀路線。具體精銑的加工路線如下：

第一步：加工零件型面，在加工零件型面時，采用切線進刀，在加工零件型面時，采用上下往復銑加工，保證零件的表面質(zhì)量，零件的表面粗糙度，銑削零件的型面。

第二步：銑加工島嶼凸臺表面，用Φ20刀具銑加工凸臺表面，在零件表面方向進刀切削

第三步：加工島嶼大孔及島子臺階。

第四步：清理大島嶼兩側(cè)，用Φ20R3進行清理島嶼兩側(cè)。

第五步：清理小島嶼，在小島嶼外層走兩次，將零件銑型面的殘余清除。

第六步：清理小島嶼下部，用R6球刀進行清根，清根時需注意刀具的磨損。

2.4 關鍵和難點

高壓渦輪機匣加工的關鍵在于車加工的車槽及銑加工的工藝路線。

2.4.1 進行粗銑零件型面，注意走刀路線的刀路，在粗銑時，大量去除零件余量。

2.4.2 除零件余量后需要對零件進行熱處理，將零件粗車及粗銑時的殘余應力釋放。

2.4.3 后進行車基準及半精車加工。在半精車時，先用R2.5球刀進行粗扎槽，在用R2球刀進行精車。在遇到特殊槽型時，選用非標刀片進行車加工零件的型面。

2.4.4 進行精銑加工時，注意零件的走刀路線，合理的安排刀路，加工出零件的型面。

3 加工工藝總結(jié)和推廣

隨著民用航空飛機的發(fā)展，類似鈷基高溫合金被越來越多的應用，鈷基合金材料應用領域的越來越廣泛，必將對制造業(yè)提出更高的要求，對特種合金加工工藝的研究也會更加深入。

此次對鈷基高溫合金類大型機匣件工藝方法的第一次探索嘗試，發(fā)現(xiàn)了一些鈷基高溫合金的加工工藝方法，如合理安排零件工藝路線，選用合適刀具進行加工，安排合理的走刀路線；除此之外，也對刀具對零件加工中應用的重要性有所認識，這些方法和措施也會推廣到其他GE公司的大型機匣合金類零件的研制中去，不斷摸索創(chuàng)新。

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