航空发动机中压涡轮短轴焊接技术

航空发动机中压涡轮短轴焊接技术

魏苗苗󰀁󰀁李昱翰

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

摘󰀁󰀁要：在中压涡轮焊接短轴的零件加工中，轴承环和封严齿的加工是整个零件加工的难点。轴承环的圆度、封严齿的轮廓度和跳动值都极易超差。本文通过对图纸要求的理解、加工路线的分析，针对关键磨削工艺开展了分析与改进，通过实际加工试验，验证了改进方案的可行性与有效性。关键词：焊接短轴零件；轴承环圆度；芯轴；封严齿中图分类号：V23󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码：A中压涡轮焊接短轴是某知名发动机公司发动机中的零件，零件由法兰环、镍基高温合金和低碳合金钢的轴承环组成。该中压涡轮焊接短轴零件的尺寸特征有289个，法兰环端面的平面度为0.02mm，作为后续加工中的轴向基准，轴承环外径为207.0455+/-0.0075mm，内径为189.038+/-0.023mm，圆度要求0.005mm，垂直度相对水平基准小于0.005mm，加工中易变形，加工难度很大。另外，该零件在加工结束后会通过8个销子，在有倒角的8个孔中，装配一个起到封严作用的内套在该零件的内腔中，这主要是因为这个零件的内径为189.038+/-0.023mm， 已经无法通过焊接方式再继续加工来达到设计的要求。由于短轴类零件属于发动机中的敏感类零件，各制造商在该零件的研制及加工过程中，通过对电子束焊工艺和磨削工艺过程的研究，实现对该类零件的国产化，为今后国内同类零件的加工提供一个可行性的方法。

该零件属于轴类薄壁旋转零件，形状复杂，加工过程中容易发生变形。

磨削加工过程中，磨床的相关机构控制着砂轮按照设定的运转方式和零件接触，从而切除零件的相应部分的材料，形成被磨表面。图纸所要求的如下技术指标：

（1）中压涡轮焊接短轴轴承环表面尺寸公差小于0.015mm。

（2）中压涡轮焊接短轴轴承环圆度要求0.005mm。（3）中压涡轮焊接短轴轴承环垂直度相对水平基准小于0.005mm。

（4）中压涡轮焊接短轴靠近轴承环端的封严齿齿尖距0.366mm。

（5）法兰端的封严齿齿尖距0.2mm。

对以上易超差的特征尺寸，进行以下改进。

高产品一次合格率，提高了产品的精度，节省了时间。

本工序零件余量最大处0.05mm，轴承环部分的圆度要求是0.005mm。在加工过程中通过一个传感器对零件表面的径跳进行在线检测，然后将数据传输到便携式长度测量仪上，通过测量仪上指针的变化，从而来监测零件加工的情况。而且用温度补偿仪对直径测量尺寸进行补偿，经验值是温度每增加或减少1℃，直径补偿值是增加或减少0.002mm。但是不能超出零件的加工温度20℃+/-2℃。

在使用在线测量对零件的直径跟踪测量时，为达到提高零件表面粗糙度和生产效率的目的，在合理选择磨削速度、进给速度、切削深度、宽度和刀具类型等方面是至关重要的。工艺系统刚性弱是导致零件表面完整性好坏的主要原因，不能单纯地考虑机床的刚性，必须同时考虑零件、夹具以及刀具的刚性等因素。任何环节的刚性不足都会大大地降低砂轮的磨削性能和使用效率。本零件加工时使用的SCHAUDT公司生产的FlexGrind M1000S型万能外圆磨床具有良好的刚性、足够的功率，同时配以在线测量设备，同时采用外购芯轴对加工区域增加内部辅助支撑，这样极大地减小了加工过程中产生的应力而导致零件的变形。

２　避免压紧力过大导致零件变形

磨加工轴承环时，采用的夹具是芯轴和压盖，将芯轴穿在零件当中，两端使用压盖对零件进行定位和压紧，由于零件壁厚较薄，在压紧时力量过大，零件变形，虽然零件端面的平面度在0.005以内，压盖端面的平面度也在0.005范围以内，两者接触面的公差已经很小，但因为误差的存在，压紧力仍然是不均匀的，由于压盖和夹具之间接触面的力不同，零件会随弯就弯的发生变形。这种现象在装夹时是可以明显观察到的，零件在找正时能达到0.01的圆周跳动，一旦压紧压盖了，轴承环的圆周跳动立即发生很大的变化，甚至会达到0.09mm，说明零件在压紧过程中已经发生变形，在这种情况下磨加工，从机床的在线测量和打表测量来看，轴承环的圆度很好，当加工完成后，松开压盖，压紧力消失，零件恢复自由状态下的形状，圆度超差。所以在加工轴承环时，装夹的压紧力不能过大，使用限力扳手压紧，同时使用千分表观察零件的形状变化。在磨加工过程中也会出现因压紧力不足导致零件跑偏，操作者只要认真观察压在轴承环上的千分表的变化，当出现跑偏时只要立即停止加工，重新找正压紧加工即可，因为磨加工

１　在线测量对零件的直径跟踪测量的应用

在传统的磨削加工领域，对精密加工零件的尺寸和形状误差大部分还采用静态测量的方法。静态测量是在加工完成之后进行的，所以只能反映加工后的几何参数，很难反映加工过程中的参数变化，磨削加工一般是由工人根据进给量凭经验判断，然后停机离线检测，如果没达到图纸要求，还得再次装夹，继续加工，这样也使得零件的超差率明显增高，而且效率低下。而在线测量系统的使用就可以通过测控系统来控制机床，从而实现减少人为的误差、提

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工 业 技 术

2018 NO.11（上）中国新技术新产品冲击矿压的灾害分析与防治技术

邹桂兴

（冀中能源股份有限公司东庞矿，河北 邢台 054000）

摘󰀁󰀁要：安全生产是煤炭企业生存的第一要务，冲击矿压是威胁煤炭企业安全生产的主要因素，因此，加强对冲击矿压的成因、灾害、防治的研究是非常重要的。本文首先介绍了冲击矿压的成因，分析了冲击矿压的灾害因素，并结合自身经验，讲解了如何在不同生产阶段来预测、防范冲击矿压，确定矿压形成的时间、位置、大小，从而达到防治矿压的效果。关键词：冲击矿压；灾害；防治中图分类号：TD324󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码：A

０　引言

安全第一是煤炭企业的生产宗旨，如何能够避免发生煤炭生产灾害事故，其中对于冲击矿压的认识和研究是极其重要的。冲击矿压是一种煤炭生产中比较常见的物理现象，当在矿井的高应力区域发生矿压时，可能就会产生一些严重事故，对生产人员的生命财产造成风险，这种危险一般发生在煤矿局部位置达到强度极限时，挤压的能量将突然爆发出来，造成突发事故，破坏力非常大。随着我国煤炭开采规模和开挖深度的不断扩大，这种灾害会越来越凸显，因此，研究讨论冲击矿压的灾害分析与防治技术是十分有必要的。

过对冲击矿压现场调查及实验室研究的基础上，从不同角度提出了一系列关于冲击矿压形成的理论，如：强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论、三准则理论和变形系统失稳理论等。强度理论认为：产生冲击矿压时支护—围岩力学系统将达到力学极限状态；刚度理论认为：矿山结构的刚度大于围岩—支护刚度是产生冲击矿压的必要条件；能量理论则认为：当支护—围岩力学系统在其力学平衡状态被破坏时的能量大于所消耗的能量时，即发生冲击矿压。

２　灾害分析

煤矿出现的冲击矿压情况已经对煤矿企业的生产安全构成重大威胁，经常会造成设备损坏、人员伤亡、底层起鼓等严重事故，尤其是与采空区比较近的区域，会发生岩巷的严重变形或破坏，有时在完成修补后会反复出现险情，巷道无法使用，不能正常生产，对煤矿企业造成巨大经济损失。经分析，产生灾害的原因主要有以下几种情况:

也很高，通常温度为20±2℃，温度的变化会使零件发生热胀冷缩现象，若温度过高，在加工过程中轴承环直径极易磨小，因而报废。所以要观察现场的实际温度。在磨床刚刚开机时不要立即加工零件，因为机床本身的各个部件还没有预热，精度会有所下降，同时砂轮必须时刻旋转，若不旋转，冷却液会一直冲刷砂轮的一侧，时间长了，砂轮被冲刷的一端的重量会比另一端大，砂轮平衡较差，在加工过程中砂轮会产生较大的振动，轴承环的表面会出现波纹，零件会被拒收。

通过以上的改进，零件合格率达到90%以上，满足了图纸的要求。

参考文献

[1]李微波，王桢楠，王云.钛合金轴零件的磨削加工[J].机械工程师，2013（8）:215.

[2]孙琛，吴鹏.航空发动机焊接短轴加工的过程控制[J].科技传播，2014（6）:161-162.

[3]任敬心，康仁科，王西彬.难加工材料磨削技术[M].北京:电子工业出版社，2011（1）:260.

[4]刘兴国.国内外超高速磨削的现状[J].新技术新工艺，2003（6）：174-175.

１　冲击矿压的成因

冲击矿压是指在煤层中由于裂纹变大和局部变形导致

的失稳现象，与具有裂隙的各向异性岩石介质的力学性质和围岩在外加荷载作用下应力应变场的演化与失稳密切相关。各国专家对于冲击矿压的发生机理都进行了深入的研究，通时砂轮的进给速度很小，并不会影响零件的质量。

３　机床两顶尖的保养

装夹零件的芯轴是通过机床上的两个顶尖和机床连接的，机床在最初装机调试的时候，是由磨床的厂家带来的效验棒来进行校验的，若两顶尖不同心，那么就会造成零件装夹后就是找正也是歪着的，所以要对机床的顶尖是否同心进行定期的校验。同时在日常加工前要检查顶尖的表面粗糙度是否符合要求，并检查顶尖和芯轴顶尖孔干净无杂质，使用专用的润滑油填满顶尖孔，确保在加工过程中足够润滑，加工零件前单独将芯轴安装在磨床上，打表检查定位面有无异常跳动。

４　保持金钢笔的锋利

在磨加工过程中需要反复使用金钢笔修正砂轮，金钢笔是否锋利，将直接影响砂轮表面的质量，而砂轮表面的质量将直接影响零件质量，所以每次加工前操作者需要检查金钢笔刀刃的情况，发现磨损立即更换，目前规定每磨加工8个零件，需更换金钢笔，以保证砂轮的表面质量。

５　环境因素

短轴属于关键件，为防止表面腐蚀，对加工环境的要求

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