基于铸造镍基高温合金K418的某型涡喷发动机涡轮数控加工工装研究 赵敏 郭友利Summary：基于高温合金具有较好的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，能够在高温氧化环境下持续工作，目前已广泛应用到各个领域，特别是航天、航空、造船、汽车等领域笔者单位某型涡喷发动机中关键零件涡轮，采用镍基高温合金铸造后车削加工而成，其加工质量和精度直接影响该型发动机推力、增压比、油耗、寿命等性能指标为保证其加工质量，成立工艺攻关小组，本文主要就该种涡轮的数控加工工装及其设计原理进行研究Key：镍基高温合金;涡喷发动机涡轮;铸件数控加工;工装设计1概述1.1产品概述该涡轮零件在精密铸造毛坯基础上加工而成，叶片位置不加工，零件外形特性1.2产品材质及特性该零件材质为K418高温合金特性：高温合金的切削加工时国际公认的加工难题，切削加工性极差，导热性低，加工硬化严重，切削时材料与刀具粘接严重因其抗断裂性、持久塑性及强化高，导致在切削加工中产生巨大的塑性变形，造成严重的加工硬化现象，材料硬度可达200-500%，在剪切面上切应力高，切削力大，可达45钢的2-3倍，切削温度可达750-1000℃其化学成分与材料性能如下表：1.3加工难度①材质切削加工困难;②铸造毛坯一致性偏差大;③零件非加工表面不得有划伤;④毛坯件加工装夹位置尺寸不一致;⑤原始加工装夹困难且校正时间较长。
2加工工艺研究工艺路线特点：采用新工艺、新设备、新工装后，实行钳工、车工分工配合，并且对操作者技能要求大大降低（初级工即可操作），不需要定人、定岗，通过优化生产配置，可实现该零件的批产需求通过新型加工方式，进一步提高涡轮的加工精度、加工效率及加工表面质量3加工工装研究3.1方案按照工艺路线，工装设计有涡轮基准钳工调试工装和涡轮数车工装，工装采用模块化设计原理，设计有涡轮轴心调整机构、涡轮压紧机构、涡轮垂直度调整机构，各种机构独立作用于涡轮不同部位，可以迅速便捷的限制涡轮的6个自由度完成基准定位该涡轮零件毛坯由于是铸造成型，毛坯凸台的尺寸及跳动铸造偏差达到±0.3mm，导致零件加工基准无法采用两侧毛坯凸台故改零件轴心定位基准选择ф125±0.35叶片基圆位置，轴线法线基准为叶片端面涡轮基准采用工装定位，在钳工调整专用平台上架设百分表校验ф125±0.35叶片基圆位置，通过涡轮轴心调整机构旋转打表校核调整涡轮零件轴心，跳动值在±0.1mm以内，并用涡轮压紧机构预压紧图2钳工校准后的工装转移至数控加工车间，由数车操作人员将零件整体装配在数控车床卡盘转接定位盘后直接按照程序加工3.2创新点原工艺及加工方法采用普通车床加工，校准方式采用机床四爪卡打表校核，采用该工装的工艺路线是，在装配到机床加工前钳工已经校核完毕，零件和工装整体装配在数控车床上开始加工。
校准方式通过涡轮轴心调整机构及涡轮垂直度调整机构微调，从而使零件位置度达到图纸要求，校核时间较之前减少幅度很大3.2.1轮轴心调整机构：采用螺旋测微头顶杆调整推块进给量，测微头每转一圈，顶杆进给1mm，弹簧用于调整后推块自动复位，采用该机构，可以精确控制进给量，完成涡轮轴心微调操作3.2.2涡轮垂直度调整机构：涡轮垂直度调整机构采用楔块进给原理，通过四组该机构整体调整涡轮叶片，从而达到涡轮整体相对于工装的垂直度要求内六角螺钉旋转一圈，涡轮叶片支撑顶块上升0.125mm，上升与进给比例为1/10该机构满足涡轮叶片位置微调操作4成果加工效率：该工装设计原理采用钳工与数车分工配合，优化生产模式加工时间由传统加工2340min降低至1905min效率提升18.59%加工质量：涡轮单面不平衡量和导风轮双面不平衡量是影响产品加工质量的重要指标，其数值越小，加工质量越高，从而后续动平衡修配量越小，动平衡操作时间越短其不平衡量由原始加工平均300g.mm提升至182g.mm涡轮产量保证：涡轮零件传统加工工艺复杂、产品毛坯价格昂贵、对于加工操作者技能要求很高采用新工艺、新设备、新工装后对操作者技能要求大大降低，产能可达到发动机产量要求。
5结论通过对涡轮零件的新型加工工装研究，完成普车到数车的跨越，从而缩短了生产制造周期，提高了生产效率和加工精度，减少了以往传统加工方式的误差为后续研发和生产不同型号的涡喷发动机打好坚实的基础，该种加工技术的应用也会越来越广泛，并朝着更高的精度，更高的效率，更高的工艺范围方向发展Reference[1]郑文虎，张玉林，詹明荣.难切削加工技术问答[M].北京：北京出版社，2001（作者單位：南京模拟技术研究所）科学与技术2018年11期科学与技术的其它文章城市规划管理中的建筑物竣工测量研究土木工程施工技术的创新及发展屈曲约束支撑在结构抗震加固中的应用浅谈市政建筑施工与环境保护建筑工程水暖安装出装出现的问题及对策分析对建筑工程施工管理及质量控制的探讨 -全文完-。
