浅析航空用高温合金涡轮后轴工艺研究
2016-8-29 来源：哈尔滨东安发动机（集团）有限公司等 作者：刘昌伟 潘美艳
【摘 要】在航空飞机的零部件制造中，涡轮后轴工艺是关键技术，但是也具有较难的特定，这主要取决于高温合金材料的特性和工艺要求的精准度。相关工作人员要总结以往的工作经验，对合金金属的性能和涡轮后轴的技术要点进行细致的分析，不断的完善工艺技术，制造出完善的工艺流程。文章对合金金属的分类和应用进行探讨，并对具体的涡轮后轴工艺进行具体的总结，提出了工作中的重点和难点。
【关键词】高温合金 涡轮后轴 深孔工艺
涡轮是航天飞机中的重要部件之一，它是利用流动的能量转换成机械能，其工作原理是利用风扇的性质，经气体把飞机所用的燃料带到引擎中，实现飞机的启动。涡轮的机构看似简单，但是其要求的工艺精度极高，要想提高引擎的使用能力，涡轮的的制造工艺及其重要，近年来，高温合金涡轮后轴得到了开发和使用，促进了飞机制造业的发展。
1、高温合金的应用及概述
单一成分的金属物质，其性质具有唯一性，但是通过金属合金的制造后，金属物质的特性发生了较大的变化，往往具有合金成分中金属物质的综合物理和化学性质，甚至可以衍生出独有的特性，因此，在现代科技的应用中越来越广泛。另外，金属合金在高温的条件下，能表现出较强的优势，在物理特性中金属强度、耐疲劳性能和拉伸能力较强。在化学特性中，具有较强的抗氧化性，不会被氧气和水分腐蚀锈化，在温度较高的环境中能保持结构的稳定性，增加了金属合金的使用范围。高温合金按基体不同可分为镍基、铁基和钴基三类。虽然金属合金表现出了较大的使用优势，但是在具体的应用中却存在较多的困难，往往金属合金的硬度较大，没有适合的切割机器进行加工操作，其切削力大，约是普通钢材的1.5~2 倍；切削温度最高达1000℃以上，表面硬度比基体硬度高50%~100%，加工硬化现象严重；塑性变形大，在室温下的延伸率就可达30%~50%；刀具易磨损，常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。
涡轮的结构具有严格的尺寸和形态的精度要求，高温金属合金的性质，增加了涡轮的加工工艺难度，传统的车工工艺和车工设备根本不能达到技术的标准，需要相关人员根据金属合金的特性，进行专业工具的操作，电加工技术和车工工艺流程要求相对较高。在涡轮后轴的制造中，要不断的总结技术经验，根据技术参数和车工结果进行规律的摸索，并利用计算机的数控技术，将涡轮后轴的薄壁性质和轴身结构进行科学的探究，研究出精准的高温合金涡轮飞机部件。
2、涡轮后轴加工工艺
之所有提出涡轮后轴工艺，是因为涡轮中钻孔工艺是飞机零部件制造中的重点，也是难点，涡轮的工作运行，与深孔的加工工艺具有直接的联系。由于钻孔的深度较长，钻孔过程不能够将孔位击穿，密封的结构，致使多于的工料得不到及时的处理，孔位要求具有精准的尺度，加大了工艺的难度。加工的顺序依次为：钻镗引导孔、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、磨孔，当然具体到某一根轴不一定每项工艺都有，但钻镗引导孔、钻孔、扩孔、镗孔是必不可少的。该轴件主要通过下列工艺方法加工，各种工艺方法的用途、加工难点及解决措施如下：
在钻孔的初期要先钻取钻镗引导孔，所谓钻镗引导孔就是预先钻取孔径较大的孔，通过镗正和引导，钻取工艺要求的深孔位。若不引用钻镗引导孔，而直接进行深孔的钻取，会由于进行冷却，促使余料快速的扩散和分离。
在机械的钻孔过程中，由于高速的运转，在密闭的孔位中，在成内部温度的升高，一是不利于多于材料的排除，二是影响了内部金属合金材料的形态变化。为了保证孔位的精度，必须对变形后的内孔进行处理，镗孔是主要的工作形式，通过镗刀的使用，将孔位的内外壁厚处理均匀，精确孔位的形状与位置。镗孔存在的主要问题是镗刀杆刚性差、易变性，致使最终的尺寸精度不易保证。为了解决这个问题，需要增加烫到的刚性，可在镗刀杆上加导条支承刀杆；设计防振刀杆，减少刀具的振动，可选用硬质合金刀杆但成本太高。也可采用增加系统刚性的方法，在待镗的内孔内浇注低熔点合金来支承刀杆，放置刀杆的变形。当镗孔后尺寸精度仍达不到设计图样要求时，可采取铰孔加工内孔，使之满足设计图样要求。铰孔只能提高尺寸精度，不能改变位置精度，因此必须在镗孔的基础上进行铰孔。此外，孔的精度高，相应的铰刀精度就更高，制造难度大、使用寿命短，成本高。为解决铰刀的成本问题，采用可调节的浮动铰刀。当孔的尺寸精度和粗糙度要求更为严格时，用镗孔、铰孔不能达到设计要求时，必须用磨孔工序。
花键加工也尤为重要，该轴的外花键通常在万能螺纹铣床采用万能螺纹铣床采用展成法以滚铣刀铣削而成。要求高的花键在铣削后还要进行磨削。在万能螺纹铣床31NU220/2000 上用展成法加工出渐开线齿型，在齿型方向上留0.15mm磨加工余量。加工前先调整机床，将被加工工件或标准心棒安装于机床两顶尖之间，在外径的两个互相垂直方向找正，在300mm 长度上，检查中心线对机床导轨的跳动不大于0.01mm。铣花键应保证：分度圆上弦齿厚；齿向偏差（工艺保证）：±0.05；齿根圆直径：Φ；齿根圆转接半径：R；跨棒齿距MR：71.04。在花键磨床3451A 上用成形磨削法进行磨削，选用砂轮的规格是：P90-X10-X20WA60LMV35 并利用成形打光刀将砂轮修正成型。打光刀材料为CrWMn 硬度为HRC61-64。砂轮成型时，打光刀安装在机床床面的专用支架上，使砂轮和达到光接触并保持一定的压力二者慢慢的旋转，利用打刀光上1.5~2mm 宽槽的刃口将砂轮挤压成型，为避免槽的刃口在砂轮上形成重复轨迹，故将槽距做成不等角。砂轮的尺寸具有严格的要求，在进一步的修整中，应对砂轮进行反复的检验工作，确定齿轮形状和直径的大小，在砂轮检测合格后才能进行相关零件的制造，在零件制造完成后，要与砂轮一同送到检测出精心组装与实验，保证零部件在很好的连接中实现工作的运转。
3、结语
随着我国工艺技术的不断革新，机械制造行业得到了稳定的发展，为了适应现代化的需求，提高国际竞争力，我国的技术工人要具有社会责任感，不断的提高自身的技术水平，在进行娴熟的技术操作的同时，还要进行进一步的革新，以便实现个人价值，也为国家的科技建设提供一份力量。在航空制造业中，涡轮后轴工艺是典型的技术难点，相关人员要进行知识和技能的巩固学习，保证航天事业的基础建设稳定进行。
参考文献：
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[2] 姜雪梅. 空心长轴深孔加工工艺研究[J]. 航空精密制造技术,2011(04).
[3] 郭建亭, 周兰章, 袁超, 侯介山, 秦学智. 我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能[J]. 中国有色金属学报,2011(02).
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