多年來，高溫合金渦輪盤榫槽型面兩邊倒圓及拋光，全部由人工手工拋修來完成，存在的問題是：工人勞動強度大，操作環(huán)境差，質(zhì)量狀態(tài)不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低，難以滿足高性能發(fā)動機的設(shè)計要求。本文對渦輪盤榫槽邊緣光整加工工藝進(jìn)行了專題研究，在新引進(jìn)的數(shù)控倒角機上，采用專用銑刀數(shù)控銑削和專用端面刷自動拋光的復(fù)合加工方法，突破了榫槽邊緣光整加工數(shù)控化的技術(shù)瓶頸，首次實現(xiàn)榫槽邊緣光整加工數(shù)控化，減輕了工人的勞動強度，改善了操作環(huán)境，優(yōu)化了榫槽邊緣表面質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

1 渦輪盤榫槽邊緣

　　渦輪盤是航空發(fā)動機渦輪轉(zhuǎn)子中的關(guān)鍵件，在高溫高壓及復(fù)雜動載荷下高速旋轉(zhuǎn)，工作環(huán)境極其惡劣。渦輪盤榫槽部位與葉片榫頭部位相配合，由于葉片受力復(fù)雜，對盤榫槽的接觸面相互作用，使得渦輪盤榫槽邊緣成為產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)，如何提高渦輪盤榫槽邊緣的表面質(zhì)量顯得尤為重要。

　　如圖1所示，是某高溫合金渦輪盤，其零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，棕樹型榫槽加工空間狹小，榫槽與端面的過渡圓角設(shè)計要求R0.4-R0.6，表面粗糙度要求高Ra0.8，榫槽扭角和狹小棕樹型榫槽輪廓使得榫槽邊緣倒圓與光整加工難度極大。

圖1 渦輪盤及榫槽示意圖

2 渦輪盤榫槽邊緣復(fù)合光整加工

　　2.1 定義

　　為了改善零件的外觀質(zhì)量，提高零件表面的耐磨性，充分發(fā)揮每個零件的功能，保證產(chǎn)品的整機性能，零件在獲得規(guī)定的尺寸精度、幾何精度之后，如尚未達(dá)到表面質(zhì)量的要求，還要根據(jù)需要進(jìn)行去除毛刺、飛邊、刀痕，降低表面粗糙度值，改善表面應(yīng)力狀態(tài)，消除零件表面上殘留的各種缺陷等工作。因此可以說，在機械加工中旨在提高零件表面質(zhì)量的各種加工，稱為光整加工。

　　渦輪盤零件經(jīng)拉削加工后形成了棕樹型榫槽，對其邊緣進(jìn)行棱邊倒圓、拋光，降低表面粗糙度值、改善物理力學(xué)性能，稱為渦輪盤榫槽邊緣光整加工。

　　2.2 渦輪盤榫槽邊緣光整加工功能及特點

　　主要功能：去除棱邊毛刺，倒角、倒圓，保證表面之間光滑過渡，提高零件的裝配工藝性。降低零件表面粗糙度值，提高零件表面質(zhì)量，實現(xiàn)精度穩(wěn)定。

　　主要特點：

　　倒角銑刀與固定刷，按預(yù)先編制好的數(shù)控程序軌跡，并以一定的切削參數(shù)實現(xiàn)對渦輪盤榫槽邊緣表面的加工。倒角、倒圓一致性好，降低表面粗糙度值效果明顯。對高精度的榫槽拉削表面不接觸，大大優(yōu)于磨粒流加工及自由磨料光整法加工。特別適合光整榫槽邊緣倒角、倒圓在0.6mm以下的盤件。

　　2.3 渦輪盤榫槽邊緣復(fù)合光整加工工藝

　　高溫合金渦輪盤榫槽狹窄，銑刀加工過程中，極易產(chǎn)生干涉碰撞，倒圓部位表面粗糙度要求嚴(yán)格Ra≤0.8，故選用數(shù)控銑和刷子自動拋光的復(fù)合加工方法，共同完成榫槽邊緣自動倒圓光整加工。

　　(1)確定榫槽光整設(shè)備、夾具結(jié)構(gòu)

　　設(shè)備：自動倒角機，如圖2所示，產(chǎn)地：瑞士。

圖2自動倒角機

　　夾具：采用了組合設(shè)計理念，結(jié)構(gòu)設(shè)計非常合理，可滿足不同孔徑盤件的裝夾要求，裝卸方便，加緊可靠，如圖3所示。

圖3 組合夾具

　　(2)確定榫槽光整工具結(jié)構(gòu)

　　采用一種硬質(zhì)合金銑刀專用銑刀，用于去除榫槽邊緣大部分余量;采用兩種標(biāo)準(zhǔn)金剛石粗、細(xì)端面刷，用于邊緣圓整與拋光。如圖4、圖5所示。

圖4 專用銑刀 圖5 端面刷

　　(3)復(fù)合光整模擬仿真

　　為了防止刀具干涉，避免刀具走輪廓時碰撞，加工試件前，采用VIRCUT模擬仿真軟件，建立零件模型，編制數(shù)控程序，模擬仿真加工倒圓, 試驗加工過程如圖6所示，為數(shù)控倒圓角防真圖。

圖6數(shù)控倒圓角仿真圖

　　確認(rèn)程序可行后，選擇和真件完全一樣的拉槽試驗件，在數(shù)控倒角上進(jìn)行試驗，調(diào)整加工程序，試驗切削參數(shù)，最終切削參數(shù)為：

　　a.銑刀銑削倒角加工：　　銑刀轉(zhuǎn)速n= 25400 r/min　　進(jìn)給量f= 620 mm/min　　切削深度ap= 0.1mm，

　　b.粗、細(xì)動力刷拋磨倒圓加工：　　零件轉(zhuǎn)速n=6 r/min　　刷子進(jìn)給量=2000mm/min　　刷子切向速度=17m/sec

　　(4)數(shù)控復(fù)合光整工藝

　　研究采用數(shù)控銑和刷子自動拋光的復(fù)合光整工藝，分五個工步。

　　工步1，裝夾零件如圖7所示，找正、壓緊;

圖7零件裝夾方式

　　工步2，利用測頭對零件位置進(jìn)行檢測，保證加工精度，檢測的同時測頭處有自動噴氣裝置，將拋光油及其他雜物去除，防止產(chǎn)生測量誤差。

　　工步3，零件不動，選用高速旋轉(zhuǎn)的專用銑刀沿榫槽一側(cè)輪廓邊緣四軸聯(lián)動銑削倒角。達(dá)到0.4×45°，表面粗糙度達(dá)到Ra1.6;

　　工步4，零件順時針旋轉(zhuǎn)，粗端面刷反方向旋轉(zhuǎn)并沿榫槽端面左右往復(fù)運動，拋磨榫槽邊緣銑削部位;零件逆時針旋轉(zhuǎn)，粗端面刷反轉(zhuǎn)并往復(fù)拋磨。榫槽邊緣倒圓達(dá)到R0.4-0.6并圓滑轉(zhuǎn)接，表面粗糙度達(dá)到Ra0.8μm;

　　工步5，零件順時針旋轉(zhuǎn)，細(xì)端面刷反方向旋轉(zhuǎn)分別沿榫槽端面左右往復(fù)運動，細(xì)拋榫槽邊緣圓角部位;零件逆時針旋轉(zhuǎn)，細(xì)端面刷反轉(zhuǎn)并往復(fù)精拋。榫槽邊緣倒圓R0.4-0.6并圓滑轉(zhuǎn)接，表面粗糙度Ra值小于0.8μm。

　　2.4復(fù)合光整加工的效果分析

　　(1)加工質(zhì)量保證能力及其穩(wěn)定性

　　任何一種光整加工方法，在對零件表面進(jìn)行光整加工后，衡量其表面質(zhì)量的主要內(nèi)容包括表面粗糙度Ra值的降低(可達(dá)值);毛刺去除及凌邊質(zhì)量的改善，表面物理學(xué)性能的改善。數(shù)控復(fù)合光整加工技術(shù)徹底改變了人為控制光整質(zhì)量的缺陷，解決了人工倒圓質(zhì)量不穩(wěn)定的技術(shù)難題，實現(xiàn)渦輪盤榫槽邊緣倒圓數(shù)控程序控制，大大提升了加工質(zhì)量保證能力及其穩(wěn)定性。

　　(2)加工生產(chǎn)率

　　任何一種先進(jìn)的工藝技術(shù)，除了在加工質(zhì)量上是先進(jìn)的，在加工生產(chǎn)效率上也是先進(jìn)的。數(shù)控復(fù)合光整加工技術(shù)從根本意義上講，就是以現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)替代陳舊、落后、繁重的人工勞動，徹底改變勞動者的生產(chǎn)環(huán)境，并從繁重的人工勞作中解放出來。

　　(3)渦輪盤人工與數(shù)控復(fù)合光整加工比對

　　與利用工具人工加工相比，數(shù)控復(fù)合光整加工具備如下優(yōu)勢：表面質(zhì)量狀態(tài)好，倒圓值規(guī)矩且穩(wěn)定;同樣加工狀態(tài)下，生產(chǎn)效率高;加工環(huán)境優(yōu)，封閉、濕態(tài)、無污染;大大減輕了工人的勞動強度。見表1。

表1 渦輪盤人工與數(shù)控復(fù)合光整加工比對

3 結(jié)論

　　通過對渦輪盤榫槽邊緣數(shù)控復(fù)合光整加工工藝進(jìn)行研究，拓寬了盤類件榫槽邊緣光整加工工藝技術(shù)，突破了榫槽邊緣自動倒圓的技術(shù)瓶頸，填補了行業(yè)盤類件榫槽邊緣數(shù)控光整制造技術(shù)空白，為提高航空盤類件制造質(zhì)量奠定了扎實的基礎(chǔ)。

　　零件的表面質(zhì)量對零件的使用性能、壽命和可靠性都有很大影響。隨著新型航空發(fā)動機性能的不斷提高，對零件的表面質(zhì)量也提出了越來越高的要求。作為提高零件表面質(zhì)量的表面光整加工技術(shù)已經(jīng)成為改善零件和產(chǎn)品的使用性能、提高可靠性、延長使用壽命的重要途徑之一。該新技術(shù)減輕了工人的勞動強度，減少了環(huán)境污染，必將得到很好的推廣和應(yīng)用。