航空发动机新结构整体盘轴类零件的工艺研究

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

航空发动机新结构整体盘轴类零件的工艺研究

林大力

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

随着航空发动机推重比的提高，关重零件越来越多地采用整体结构设计，技术要求越来越高。在发动机设计中首次推出的盘与轴颈设计成为一体的新结构是这种新结构的典例。本文对航空发动机新结构整体盘轴类零件的工艺进行了研究。

盘轴类零件；工艺性分析；工艺路线；封闭内腔加工

随着新型航空发动机性能的不断提高，其关重零件越来越多地采用整体结构设计，并大量采用钛合金、高温合金等难加工材料，加工工艺技术及装备的改进和提升是必然的趋势。新结构整体盘轴类零件的工艺研究，来源于研制生产一线，综合考虑了零件图的要求，生产量，设备等生产条件之间的关系。

1 课题的提出及意义

在航空发动机中，为减少联接面和止口的数量，提高联接和装配的可靠性，同时增加零件的整体刚性。设计采用了前轴颈与盘轴类零件一体化结构的设计方案，这是一种全新的盘轴结构。这种新型整体结构的盘轴类零件，型面复杂，尺寸精度要求高，技术条件要求苛刻，其深腔结构敞开性极差，切削加工难度大。

2 新结构整体盘轴类零件的工艺性分析

2.1 新结构整体盘轴类零件的简介

新结构整体盘轴类零件是航空发动机转子重要关键件之一。盘轴类零件的盘部前直口与盘组合件为过盈配合， 其后直口与盘组合件为过盈配合。在航空发动机转子装配中起呈上启下作用。盘轴类零件的基准表面C 在总装中与中央锥的内表面为过盈配合， 中央锥外表面与三支点的轴承内钢套配合， 基准表面D与中央锥的侧面配合，同时颈部基准C、D是高压压气机转子的基准。内腔中表面ΦC与端面与引气零件配合。表面G与中央传动的主动齿轮配合。

2.2 新结构整体盘轴类零件的简介

新结构整体盘轴类零件的材料为钛合金TC17，模锻件，属难加工材料。其主要材料特点为：变形系数小、热导率低、钛合金材料的化学活性高、切削温度高、导热性差、单位面积上的切削力较大、刀具易磨损等特性。切削加工时热量主要由刀具传出，切削温度高，粘刀现象严重，刀具粘接磨损及扩散磨损突出。

2.3 盘轴类零件的工艺性分析

新结构盘轴类零件是高精度前轴颈和轮盘的复合体，兼容着盘与轴颈的双重功效，这种特殊设计结构提高了航空发动机性能，加大了工艺加工难度，使工艺流程复杂、无损检测种类齐全。新结构盘轴类零件，作为航空发动机制造中难度最大的零件之一，有必要对其工艺性进行分析。

关键加工难点在于严格的形位公差，如何在加工中得到保证。设计图纸技术条件中：要求控制在0.01内的有3项，控制在0.013内的有2项，控制在0.015内的有4项。因这种薄壁结构容易受各种切削力、喷涂、喷丸等加工过程影响产生变形，必须在工艺安排及加工过程中采取有效的措施防止变形对精度的影响。

关键加工难点之二是由前轴径大端的幅板内型面与轮盘幅板前侧的型面形成的弯状斜深槽的加工，这是以往所未见到的异常加工部位将。这个由盘与轴颈形成的封闭腔，切削中刀具和内腔型面容易产生碰撞、干涉。特别是干涉处理，成为能否加工出完整、准确型腔的重要前提。必须设计特殊形状的非标刀具，进行无人干预模拟仿真。

3 盘轴类零件工艺路线的制定

3.1 新结构整体盘轴类零件的简介

为减少和消除变形对精度的影响，保证整体盘轴类零件极为严格尺寸与形位公差，其工艺路线划分为三个阶段：粗加工阶段，细加工阶段，精加工阶段。

3.2 工序的集中与分散

生产数量较小时，工序不宜分散，宜集中。工序集中有利于高效率的数控机床的安排，很多表面在一个工序中加工，便于保证较高的表面间相互位置的精度。随着车铣复合加工中心设备的引进，为工序的集中提供了广阔的发展空间，一次装夹可完成精车、镗孔、铣槽、插齿等多个工序，这是单一设备所无法达到的。

3.3 盘轴类零件常规工艺路线的分析

（1）为了保证在毛坯状态及早发现材料缺陷，粗车之前安排了超声波探伤工序，由于超声波探伤的表面粗糙度要求较高，在超声波探伤工序之前安排了车超声波检查面的工序。超声波探伤工序的盲区余量单边径向余量≥4mm， 单边轴向余量≥4mm。

（2）由于粗车切除的余量较大，切削力、切削热以及内应力重新分布等因素引起的工件的变形就较大，为消除内应力，在粗加工之后安排了消除应力热处理工序。

（3）为进一步检查材料缺陷，在消除应力热处理工序后，安排了X射线检查工序。

（4）最终检验之后，安排了涂干膜润滑剂、平衡等工序。

3.4 盘轴类零件车铣复合工艺路线的分析

铣车复合工序尽量安排在零件的精加工阶段，也即零件的最终成形加工阶段。粗加工或半精加工工序安排在常规设备上进行。这样一方面可以规避高端设备资源紧张的情况，另一方面最大化的将车、铣、钻、镗等工艺集中，一次性加工完成工件大部分加工，提高零件加工精度。

3.5 两种工艺分析

相对与常规工艺69道工序，车铣加工工艺只有50道工序，缩减了19道工序。通过粗车与细车合并，精车集中并与钻铰孔、铣槽等工序合并，工序的集中性显著提高，加工精度与单件加工效率大大提高。

4 盘轴类零件封闭内腔加工和走刀路线制定

4.1 加工方法的选择

盘轴类零件的半封闭内腔是盘轴一体件形成的特殊结构，是由实心模锻件加工形成，加工余量大，材料的导热性差，是该件加工的难点和重点，尺寸要求较精密且难以测量，加工中需要选择非标准的合金刀具和机夹刀具进行加工。

4.2 盘轴类零件内腔的粗加工

盘轴类零件内腔的粗加工，由于加工余量大，选择刚性和稳定性较好的合金刀具，使用排刀图进行车加工，提供稳定和高效的去除材料的效果，使用较大的切屑参数以提高加工效率，节省加工时间，为零件批量生产确定稳定的加工参数和刀具消耗。

4.3 盘轴类零件内腔的精车加工

盘轴类零件的精车内腔加工，选择适用于加工TC17材料的机夹刀具和刀片，刀柄具有较好的刚性和稳定性，刀片具有较好的耐热性和加工稳定性，同时有较好耐磨性，能保证高速加工时达到零件的尺寸要求和质量要求。

[1]张耀宸.机械加工工艺设计实用手册[M].航空工业出版社，1993.

TH12 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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