盘后封严挡板零件加工变形质量控制方法

万秀屏　边景全　于璐

摘 要：涡轮转子部件是航空发动机的核心部件，盘后封严挡板是涡轮转子上的重要零件，工作条件为高温、高压、高转速的特殊环境，该零件结构复杂，属薄壁易变形零件，零件合格率低，本文通过工艺方法调整工艺路线，改变零件装夹方式，控制过程质量，提高零件合格率。

关键词：薄壁件；加工变形；质量控制方法

中图分类号：TG15 文献标识码：A

0.引言

盘后封严挡板为某批产型号发动机上的重要部件，材料为GH4169，零件最大外圆直径为φ545mm，最小壁厚为2mm，如图1所示。尺寸精度要求高，技术条件要求严格，零件加工时易变形。与低压涡轮二级盘配合处止口尺寸铣加工后严重变形，自由状态下变形量远远超出设计要求，严重的甚至造成零件无法满足设计最终要求。近几年交付的零件合格率仅为92%。本次质量改进通过检测零件在不同工序后精密配合尺寸数据；统计收集设计要求限位状态检查的零件在自由状态下的变化量。摸索薄壁件的加工特性，变形特点、优化加工方法、加工路线、装夹方式、刀具选择等，以及零件变形的控制方法。

1.存在问题

盘后封严挡板零件为薄壁易变形零件，配合止口尺寸，设计图要求允许所有直径尺寸允许在机床上检查，但零件自由状态差异较大，合格率低。薄壁件加工弱刚性零件加工是复杂的制造工艺难题，主要表现在：由于切削力的作用，刀具和工件均会产生一定的弹性变形，在加工过程中，尺寸精度难以控制保证。表面质量难以保证，深腔薄壁的结构特点及高温合金自身材料特点导致高温合金整体结构件加工过程中极易产生振颤，使表面质恶化。加工效率难以提高，工件刚性差，易产生振颤等特点导致传统的高温合金整体结构件只能在低切削用量水平上进行，生产周期长，成本高。

2.解决措施

2.1 原因分析。配合止口尺寸在数控车床上No.45精车一端工序中车加工完成，在机床上检查直径尺寸，最终检验查工序检验印章。但在本工序后还安排了车外径、车篦齿、铣圆弧槽、铣异形孔等机加工序及喷涂工序，这些工序都可能导致零件变形，导致零件在自由状态与机床上检测差异较大，造成该尺寸超差。

2.2 统计数据。通过对原有自由状态下超差零件测量、分析发现：所有超差的配合止口尺寸均小于设计值下差。因此，本次质量改进将尺寸在No.45精车一端工序中预留了部分余量，调整为，选取10台份零件，在车加工、铣加工、喷涂等对直径尺寸可能造成影响的工序后增加测量工序。统计配合尺寸在自由状态与限位状态下的变化情况，找出影响零件变形和尺寸变化的主要影响工序和因素。通过数据分析可以发现，每道机加工序过后都会对该尺寸造成不同程度的影响。导致该尺寸在形成后逐渐变小。

2.3 制定合理的工艺路线。改进前工艺路线：精车一端→精车内孔及槽→精车外径及端面→精车型面→钻孔、铣异形孔→铣花边→车封严齿→喷涂→车封严齿外径。根据试验数据，对工艺路线进行了下列调整：（1）所有工序完成后，增加了修复基准工序，对尺寸及相关技术条件进行了修复，使用专用标准件、测具在限制状态下检测。（2）精车一端前，增加磨基准面工序，保证该尺寸加工时，零件状态良好。调整后的工序路线：精车前磨基准→精车一端→精车内孔及槽→精车外径及端面→精车型面→钻孔、铣异形孔→铣花边→车封严齿→喷涂→车封严齿外径→修复基准。

2.4 编制数控程序。零件加工的工艺路线、加工顺序和走刀轨迹、切削用量、刀具材料的选择等工艺方案是否先进合理，直接影响零件的加工变形。通过在UG模拟仿真软件中构建数控立车的仿真环境，建立零件模型，开发后置处理模块，编制粗加工去余量程序。在粗加工中编制数控程序，使用切刀去除较大余量。在半精加工和精加工中编程方式采用刀心方式，去除大部分余量，然后采用轮廓编程方式，去除少部分余量，保证尺寸和精度要求。

2.5 固化零件的加工设备和操作人员。工艺改进后，在设备资源能力有限的情况下，生产现场固化了加工设备和加工人员，保证了产品质量和加工人员相对稳定。

2.6 设立质量控制点。识别并有效控制质量风险，设立质量控制点，充分利用运行图、SPC控制图等质量工具对过程数据进行统计分析，及时找出过程异常情况，实现对“人、机、料、法、环、测”六大要素的实时监控。共收集90台份加工数据，均无超差现象，加工状态稳定，改善效果良好。

结论

通过加工验证，摸索变形规律，按优化后工艺加工的零件均合格，并且状态稳定，现已纳入工艺规程，增加了车加工修复工序。综上所述，盘后封严挡板质量改进效果显著，目前零件合格率从92%上升到98%，达到了预期效果。

参考文献

[1]王聪梅.航空发动机典型零件机械加工[M].北京：航空工业出版社，2014.