提高燃气涡轮二级外环合格率的工艺攻关

朱淑琴 李文涛 王熔

摘要：对于难加工材料的切开式环类的加工，其刀具方案至关重要，特别是螺纹孔的加工质量的保证;而端面封严槽的加工也涉及到电极的结构设计与参数选定。刀具方案直接影响到零件加工尺寸的穩定性。

关键词：难加工材料;丝锥;电极

1.概述

燃气涡轮二级外环是发动机涡轮部件中一个重要零件，其作用为封严，防止燃气倒灌影响发动机性能。零件由整环加工完后割开，加工工艺复杂，切开后电火花加工形成的轮廓尺寸极难保证，导致零件加工质量无法保障，加工合格率低，严重影响整机的交付。

2.攻关内容

2.1 难点分析

（1）燃气涡轮二级外环材料为K6509，是难加工材料中切削加工性较差的一种材料，由于K6509塑性，韧性高，在加工过程中切削力和切削热的作用下，产生较大塑性变形，造成加工硬化;尺寸M2.5螺纹加工过程中，攻丝温度稍高，丝锥与工件之间的摩擦加剧，丝锥材料极易与工件材料产生亲和作用，材料硬质点的存在加上严重的加工硬化现象的产生，使刀具在切削过程中产生粘结、磨料、边界磨损、丝锥易断严重现象，在操作者力度掌握好的情况下，一个普通丝锥最多只能干3个小孔，倘若丝锥断裂残留在小孔内，需要电火花加工去除残留丝锥，返修极其困难，很容易导致该段零件报废，很大程度上影响零件的合格率。

（2）零件两侧轮廓槽形状复杂，转角多，难加工，采用电火花电极一次成型加工，尺寸0.5±0.1沿轮廓、0.9±0.1成批超差。

a）电极成形尺寸参数不好设置，电极成形尺寸过大，轮廓槽整体尺寸超差;

b）电极对刀面选取不合理，选取间接面对刀，直接造成尺寸超差，甚至出现部分轮廓槽加工到零件机体外情况。

2.2技术方案

针对上述问题，组织团队成员进行讨论并形成以下解决方案：

（1）通过分析丝锥结构，将通用丝锥调整跳牙丝锥，增加排屑量，防止丝锥断裂;

（2）根据分析螺纹铣刀和丝锥材料，进行对比试验，解决攻丝材料粘结打刀问题;

（3）优化电极成形尺寸参数，选取合适对刀面;

（4）根据试加工情况，设计专用电极，减少零件加工变形，保证精密尺寸加工。

3.实施过程

3.1解决尺寸2xM3x0.5（2孔一组 9组EQS）加工稳定性

3.1.1改进前钳工工序攻丝，采用普通丝锥进行攻丝。燃气涡轮二级外环材料为K6509，是粘性材料，普通丝锥时极易断。跳牙丝锥结构沿刀齿螺旋线方向相间隔去掉一个齿，增加切削厚度，减少零件之间的压力及摩擦力，加工薄壁件内螺纹时，不会造成零件变形，同时易于断屑和排屑，减少切削阻力，防止丝锥断裂。经过粗跳牙丝锥、精跳牙丝锥分工步试加工，发现M3螺纹加工时，没有出现卡死，丝锥断裂情况。

3.1.2经现场跟踪发现，钳工工序攻丝普通丝锥更改跳牙丝锥后，单件零件18处小孔均匀分布，数量多，攻丝钳工耗时长，加工稳定差，综合考虑，调整数铣与孔合并加工。而跳牙丝锥材料为M42（W2MO9Cr4VCO8），属于含钴超硬高速钢，可磨性好，适合作精密复杂刀具，但不宜在冲击切削条件下工作。

螺纹铣刀材料为W18Cr4V，常用高速钢，由于含钒较少，磨削性能好，其刃口容易磨得锋利平直，综合性能好，通用性强，经常用于精加工的复杂刀具。经过试加工验证，进行以下方式改进：

a）制作专门小规格P=0.5螺纹铣刀，提高加工效率，同时解决K6509材料加工粘结打刀问题。

3.2解决两侧轮廓槽加工沿轮廓尺寸0.5±0.1、0.9±0.1成批超差问题

零件两侧轮廓槽加工沿轮廓尺寸0.5±0.1、0.9±0.1不合格，尺寸成批超差。电火花原电极成形尺寸参数设置不合理，成形尺寸0.4加上单边0.1mm加工间隙，最终加工尺寸为0.6;对刀面选取不恰当，投制质量差，导致加工时尺寸不合格，满足不了加工要求。经过多次对比试验，进行以下改进：

a）调整成形尺寸，由原来成形尺寸0.4调整为0.35，保证加工尺寸要求;

b）优化电极结构，去除多余部分，减少原加工前线切割补充加工电极时间，方便对刀时退刀，观察加工情况（见图11）;

c）更改对刀面，由原来轮廓槽内侧（间接面）对刀调整为加工面对刀，减少对刀误差;

最终制作专门电极，通过两批次零件验证加工合格。

综合上述改进措施不断完善工艺规程，改进后在三批中零件100%合格率入库。

4.结论

本次攻关通过对普通丝锥、跳牙丝锥和螺纹铣刀的结构、材料分析，选择合适的刀具加工，并调整加工工艺，提高加工效率;对电极加工成形尺寸、对刀面进行对比试验，优化电极结构、尺寸设计，在提高产品质量的同时，既按节点交付合格零件，又保证了零件加工合格率达到100%，改进效果明显，达到攻关目标。