高温合金机匣加工工艺论文

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1主要零件制造难点分析和加工工艺

1.1导向器机匣主要难点分析和加工工艺

导向器机匣结构形式为薄壁环型机匣，其主要加工工艺和难点是机匣上叶型孔薄壁处的数控车加工和叶型孔的激光切割加工。加工时零件易椭圆变形，薄壁处出现弧形变形，加工表面振纹大，表面粗糙。通过合理安排粗精加工余量和走刀路线，多次对数控程序进行调整，优化加工参数，满足了尺寸要求。薄壁处加工方案是：先对内形进行粗加工，并且为内形薄壁处留出0.5mm的加工余量，这解决了在精加工时的变形和振纹，对外形进行精加工后，再去除这一小部分余量并精加工内形。加工叶型孔处的薄壁是一个带有转折的空间曲面，并且壁厚不均匀，用常规的加工方法难以加工，多方求证后，采用了激光切割的工艺方法进行加工。通过分别为导向器机匣和导向器内环定制检测专用的叶型孔通止规，克服导向叶片一致性较差的问题，利于导向器机匣和导向器内环上叶型孔进行加工和检测。

1.2导向器内环主要难点分析和加工工艺

导向器内环属于薄壁环类零件，其主要加工难点是薄壁处的数控车成形加工。加工表面（特别是内径槽型面）易产生振纹，表面粗糙度差。如果粗精车加工余量和走刀方式安排不当，容易使薄壁端面发生倾斜变形。通过合理安排粗精加工余量和走刀路线，多次对数控程序进行更改和调整，取得了稳定良好的加工效果。

1.3涡轮分瓣外环主要难点分析和加工工艺

涡轮分瓣外环结构特殊，材料为K405，机加工艺性能不好，不易车削，从形状看，零件为分瓣式结构，不利车床回转加工，工装设计与使用均十分复杂，零件封严槽尺寸小，数量多，加工难度高，槽加工深度相对刀宽较深，对刀具要求较高，在加工时刀具维护困难。在加工过程中改进了工装的装夹定位方式，将原来点压紧的方式改为面压紧方式，增加辅助支撑，并通过浇注低温合金工艺，增强受力性能，改善了在加工时零件的承力性能；在对刀具结构进行优化改进后，探索并总结出了更为合理的加工参数，减少了刀具的损耗。提高了生产效率，并保证了尺寸要求，提高了零件的加工质量。

2组件难点分析和加工工艺

涡轮机匣组件的加工工艺主要包括装配和焊接工艺、焊接后的机加工艺、喷涂和涡轮分瓣外环的装配工艺、喷涂后的机加工工艺。

2.1装配、焊接难点分析和主要工艺

在涡轮机匣组件进行装配和焊接时存在的最主要问题是，由于导向器叶片与导向器机匣和导向器内环相配合处的间隙产生较大偏差，而导致装配后的叶片与机匣或内环发生干涉或出现配合间隙过大的情况。设计图纸关于导向器叶片与导向器机匣和导向器内环相配合处的间隙要求为单面0.05mm～0.1mm，而在实际加工中的间隙局部会达到最大0.4mm左右。通过在加工叶形孔时，沿叶形孔增加了4个高度近似配合间隙要求的工艺凸点，从而保证组件装配和焊接时叶片位置能够最大程度的接近于理论位置。随着配合间隙要求的设计更改，以及工艺上更好的实现定位和受力方式的要求，工艺凸点的位置和高度也进行了调整。

2.2焊接后机加难点分析和主要工艺

在机匣焊接为整体后，需机加去除各零件所留余量，加工至最终尺寸，为喷涂做好准备。这部分工艺内容的难点主要是组件加工后容易发生椭圆变形，以及保证机匣和内环轴向尺寸关系并同时保证单件尺寸要求。由于涡轮机匣组件是一个较为复杂的高温合金薄壁焊接件，在经过多种焊接工艺后，薄壁处存在较大应力，材料机加工艺性能不好，在加工中产生的抗力较大，组件加工时易产生受力变形。对最终各处跳动量影响较大。在最终设计要求中多处对基准A、B的跳动要求易超差。在研制过程中，针对组件加工后容易椭圆变形的问题，首先逐步对各工序加工受力变形情况进行了摸索，通过分析以往超差项目，综合各种情况后，对工艺流程进行适当优化调整，避免精加工要素的跳动量受后续加工的影响，并进一步对各工序装夹系统及加工参数进行了改进。

2.3喷涂和涡轮分瓣外环难点分析和装配工艺

组件的喷涂工序安排在涡轮分瓣外环的装配工序之前进行，避免在喷涂过程中对涡轮分瓣外环的石墨涂层造成不利影响。在喷涂过程中出现的主要问题是组件在装夹和受热条件下，仍会发生变形，导致加工基准A，B椭圆变形，对后续加工中保证各涂层对基准的跳动要求造成影响。通过与喷涂承制单位的分析和研究，先后改进了喷涂以及喷涂后加工的工装，调整了喷涂加工的参数，两次调整了余量分配，使发生基准变形的情况和产生的变形量减少，最终在精加工后涂层对基准的跳动达到较好效果。

2.4喷涂后机加难点分析和主要工艺

喷涂后需对各涂层进行最终机加，主要的难点在于如何避免装夹时造成零件变形，以及在加工基准存有轻微椭圆变形后对基准进行矫正。通过选用合理的装夹定位方式，目前已经保证了零件基准在加工时不会受力变形。

3结束语

航空发动机热端部件材料均属于难加工材料，在涡轮机匣单组件的研制过程中，在零件单组件的机加工艺、组件的装配和焊接工艺、热喷涂涂层及其加工工艺等方面积累了宝贵经验，也为其他类似热端部件的制造工艺提供了借鉴，但为了使制造工艺成熟稳定并推广应用，仍有一些难点需要开展深入研究，主要包括薄壁件机加变形控制、难加工材料机加参数探索、焊接前后尺寸精度保证等。

作者:黄鹏跃 郭君伟 单位:哈尔滨东安发动机（集团）有限公司