航空发动机叶片样板加工变形量减少方法研究与改进

岳萍 成宁霞

摘要：某型航空发动机叶轮样板为薄壁件，精度要求较高。通过对其加工变形量进行分析，查找造成变形的原因，并提出相应的控制措施，解决了变形难题，保证了加工精度，为后续类似薄壁零件的加工奠定基础。

关键词：薄壁件；变形量；控制措施；加工精度

Keywords：thin-wall parts；deformation；control measures；processing accuracy

0 引言

某型发动机涡轮起动机台架试车时，多次发生起动机功率不足故障，严重影响生产的有序进行。起动机压气机叶轮按设计图纸制造出厂，叶轮结构定型，大修时不进行叶轮型面检测。但是经过长期使用后，叶轮型面发生了微量变化。为了解叶轮型面尺寸偏离程度，设计制造了专用检测样板，方便操作，能够提升工厂的修理和制造能力。同时提出相应的改进措施，旨在降低因非人为因素导致的该系列发动机叶片变形故障的发生率，以便更好地保障战训需要。该检测样板为异型薄壁零件，在加工过程中容易变形，热处理过程中易变形和产生裂纹。针对此问题，本文研究设计了新型热处理工艺体，解决了变形和淬火裂纹问题，同时也防止了基准丢失。

1 叶片样板图及初次加工方法

该检测样板为典型的L型薄壁零件（见图1），空间尺寸及形位公差要求较高，材料为45号钢，在淬火中易产生变形，且易淬裂。

初次试制时，采用大余量L型毛坯件（见图2）淬火后线切割，工艺为：粗切两处型面→平磨基准→加工中心粗、半精、精加工型面→平磨→研磨→三坐标检测。但毛坯经过热处理后向内侧收缩，并在内侧产生裂纹（见图3）。

2 变形及裂纹现象改进措施

2.1 裂纹产生原因

针对裂纹和变形情况重新对零件结构进行分析，零件为L型异型薄壁零件，设计基准为空间的点、线、面。初次试制时考虑到其易变形以及热处理后硬度普通、加工不方便，故采用单边留余量3mm的毛坯料先热处理后线切割加工，结果零件变形严重且产生裂纹。产生裂纹的原因有：45号钢在淬火HRC38～42时易产生裂纹；零件结构形式为非对称结构，易变形产生裂纹；应力集中在转角处易产生裂纹。

2.2 改进措施

根据以上对裂纹产生原因的分析，决定改变热处理工艺体结构形式，拟将L型对称改为“回”字型工艺体，并在工艺体上完成零件型面粗加工后再送热处理（见图4），对称的回字体不仅能解决易变形产生裂纹的问题，还能实现一件工艺体完成两件产品加工。

根据新型工艺体设计创新的工艺方法：备料→车工→铣工→钳工→车工→加工中心（粗加工）→钳工→热处理→线切割（切开粗加工零件）→钳工→平磨（磨定位基准）→加工中心（半精、精加工零件型面，定位孔）→钳工→表面处理→平磨→三坐标检测→研磨。

因“回”字型工艺体上的零件已完成了粗加工，型面已与基体断开，故在后续线切割工序切开零件时因应力释放产生的收缩变形量僅为0.2mm，在设计工艺路线时考虑此处变形，留余量1mm，这一实际可为后续加工同类零件积累经验。

3 工艺方法验证

3.1 裂纹问题的解决

“回”字型工艺体粗加工件在热处理后未产生裂纹，对称的稳定结构解决了变形问题，实际热处理后工艺体基本无变形现象。

工艺体切割单件零件时，因已去除大部分余量且与主体分段断开，故收缩产生的变形量远远小于整体零件切割为L型时的值。根据同类整体零件切开时变形量经验值预留1mm余量，实际线切割变形仅为0.2mm，极大地解决了零件的加工变形问题。

3.2 后续工艺验证情况

经线切割切开的零件，平磨三个基准面后在加工中心上完成半精、精加工。建立完成加工零件数模（见图5），选用合理的切削参数进行加工，完成的零件经检验合格。经平磨、修研后，三坐标计量检测全部尺寸符合图纸要求。组装后（见图6）经第三方检测，满足图纸要求。

4 结束语

对检测样板裂纹故障和变形量的分析研究与改进，为异型薄壁零件的加工提供了新的方法和理论支撑，为同类零件的加工及类似故障的解决积累了经验。同时，该样板的设计制造完成，能够为叶轮变形量的检测提供理论支持，方便操作、减少人为差错。

参考文献

[1]丁惠麟.机械零件缺陷、失效分析与实例[M].北京：化学工业出版社，2013.