转子外环块变形控制探究

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1、转子外环块变形控制探究　　摘要：零件变形一直是困扰着机械加工的一道难题，尤其是薄壁零件的变形。受零件结构、毛料状态、工序安排、刀具、加工参数等诸多因素的影响，零件变形形式的多样。零件变形是不可避免的，但是采取有效措施去控制和减少零件的变形是非常必要的。本文围绕薄壁易变形环块零件——转子外环零件加工过程中的变形问题，阐述薄壁零件变形因素及相应控制措施，针对不同原因引起的变形采取不同的控制方法，取得了显著效果。关键词：转子外环块；轮廓度；机械加工；残余应力；喷涂；对等吹砂中图分类号：V23文献标识码：A转子外环块安装在机匣壳

2、体的环槽中，发动机工作时转子叶片前缘与环块涂层摩擦形成封严腔，减少压力损失，保证发动机在高温高压气流下更有效地工作。长时间以来，受变形因素影响，转子外环块轮廓度超差，严重制约机匣组件的装配质量，造成安装应力，影响到前机匣组合件装配，影响发动机的效能。所以，改善和控制薄壁环块变形不单是生产合格零件的需要，更是提升航空制造能力，提高航空发动机性能的先决条件。1零件的结构特点11转子外环块结构形式为薄壁环形件的一段，材料为0Cr17Ni4Cu4Nb，环块外表面分布有减重槽，内表面喷有АНБ粉末涂层。最小壁厚为1.5mm。外环块

3、外弧面要求轮廓度不大于0.08mm。零件结构见图1。2零件装配工艺分析转子外环块插装前机匣的内槽中（见图2），环块和机匣安装槽间，有弹性槽形衬条，衬条厚度为0.25mm左右，经计算，安装槽形衬条后，环块与机匣安装槽间隙仅在0.115mm～0.235mm左右。但在实际的加工中，环块的轮廓度最大可达0.4mm，这种状态下，借助外力将环块推入，环块会受机匣挤压变形，环块与机匣间有硬点接触，产生弹性变形，产生装配应力。环块变形越大，装配应力越大；甚者，变形更大时环块无法装入机匣的安装槽中。3原始工艺方案工艺路线：毛料-粗车-稳定

4、处理-修基准-半精车-铣加工型槽-去毛刺-精车-线切割（整环分段）-铣加工-荧光检查-喷涂-最终检验零件结刚性差、容易变形，在原有工艺中安排多次车削加工，分层去除余量，穿插稳定处理工序，消除机加应力。但按以上工艺路线加工，外环块存在的仍旧变形较大，并且零件轮廓度在喷涂前后有明显的两个梯度，如图3数据。11可以看出，零件在喷涂前，轮廓度变化幅度在0.08mm～0.2mm；喷涂后轮廓度在0.1～0.4之间。以按原工艺加工，不能满足设计和装配的需求，需要对加工工艺路线重新分析和改进。4机械加工过程分析改进4.1工艺过程分析确定

5、以下变形因素：①毛料量大导致残余应力大；②热处理之后的机械加工，引发二次应力；③加工余量分配不均匀，装夹方式、工艺参数未固化等影响。4.2制定改进方案①调整加工余量：对加工余量重新评估、调整，使加工余量更均匀，如图4所示。②改进零件装夹方式：车修基准工序，由卧式装夹调整为立式装夹。使零件圆周方向上受力均匀，消除重力影响；零件的定位面不平整，可以采用垫块找平，压紧和定位之间不存在虚点，防止加工后轴向回弹，这样，加工出的基准平面度好，为后续加工提供可靠的定位。③采用数控车床加工，调整、固化加工。从半精加工开始，半精车、和精车

6、工序采用数控车床，固化走刀路线加工参数，减少人为参与影响，使零件状态稳定。④采取对称铣槽加工，加工应力在对称方向上相互抵消，达到削弱加工应力目的，见图4所示。⑤在铣加工型槽之后增加稳定处理工序，改善二次机加应力。4.3机械加工措施效果验证11按以上改进方法，外环块变形量得到了明显改善，如图5蓝线所示。从图5可以看出，调整后，零件变形减小，表现在环块在线切割分段后，喷涂工序前的轮廓度基本控制在0.08mm以下（合格范围）。但经过喷涂后，零件的轮廓度变化明显变大，所以，喷涂工序是外环块变形一个主要环节，需要从这方面查找原因。

7、5喷涂工艺过程分析改进5.1喷涂工艺过程分析喷涂工序主要有三个步骤组成，即：吹砂、喷涂和热处理。图6为零件在喷涂工序各阶段的轮廓度数值。11从折线的走势可以看出，吹砂前环块的轮廓度基本趋近合格，但是吹砂后零件轮廓度陡然增大，在喷涂后零件轮廓度又有一定的回落，变化趋势相对一致，都是曲率加大。喷涂过程分析：在喷涂工艺中的吹砂过程中，大量高速砂子撞击零件待喷涂表面，形成很强冲击力，使零件表面层材料变形，形成较粗的表面形貌，这种冲力作用后，会在零件的基体里形成残余应力，表现为压应力。由于零件刚性较差，不足以抵抗压力作用，所以，环

8、块在吹砂后变形量进一步的增大；喷涂后进行涂层热处理，温度为440°～460°，热处理作用于涂层的同时，相当于同时为零件做了一次去应力处理，消除了一部分应力，使零件的变形得到部分缓解，所以，在喷涂和热处理后零件轮廓度有减小趋势。5.2改进措施制定及实施通过以上分析，造成环块变形的主要因素是零件的刚性不足，若要控制和改善