CN106346198A - 一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，包括以下步骤：步骤1，将封严篦齿加工件放置在机床加工平台上，机床选择封严篦齿刀具，刀具上具有与机床冷却系统连接的冷却装置；步骤2，根据封严篦齿的结构和材料选择机床的主轴线转速、进给次数和进给量，加工过程中冷却装置对刀具和加工件进行清洗和冷却；步骤3，经过步骤2的加工得到封严篦齿；步骤4，对封严篦齿的齿尖部进行去除毛刺和抛光处理，得到封严篦齿成品；步骤5，对封严篦齿成品进行宏观评定，得到合格的封严篦齿。通过提高发动机轮盘封严篦齿表面的完整性，从而提高发动机轮盘的表面的完整性，减少了发动机轮盘开裂故障，提高了发动机性能。

Description

一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，尤其是一种适用于航空发动机转动件的封严篦齿提高表面完整性的加工方法。

背景技术

发动机轮盘封严篦齿出现裂纹的问题，在厂内一次试车之后或外场使用后已出现过多次。发动机轮盘封严篦齿的材料均为难加工材料，并且发动机轮盘上篦齿的数量也不一样。

经过多次的试验检查，并且在对发生裂纹故障的发动机轮盘的金相检查中发现，故障轮盘的表面存在微观加工缺陷，通过进一步的试验分析，发现发动机轮盘表面的微观缺陷是导致发动机轮盘封严篦齿因早期疲劳导致开裂的主要原因。

发动机轮盘是航空发动机转动件，而封严篦齿主要用于防止润滑油从发动机轴承腔内漏出，从而控制冷却空气和防止主气流的燃气进入涡轮盘或压气机空腔，保证压气机或涡轮盘的性能。封严篦齿结构区域为承力区，且应力分布不均衡，因此任何微观变化都会引起应力重新分布、产生微裂纹、微裂纹扩展，引起故障，从而影响发动机性能甚至事故。所以，轮盘上封严篦齿加工保证表面完整性要求，尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，通过提高发动机轮盘封严篦齿表面的完整性，从而提高发动机轮盘的表面的完整性，减少了发动机轮盘开裂故障，提高了发动机性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，包括以下步骤：步骤1，将封严篦齿加工件放置在机床加工平台上，机床选择封严篦齿刀具，刀具上具有与机床冷却系统连接的冷却装置；步骤2，根据封严篦齿的结构和材料选择机床的主轴线转速、进给次数和进给量，加工过程中冷却装置对刀具和加工件进行清洗和冷却；步骤3，经过步骤2的加工得到封严篦齿；步骤4，对封严篦齿的齿尖部进行去除毛刺和抛光处理，得到封严篦齿成品；步骤5，对封严篦齿成品进行宏观评定，得到合格的封严篦齿。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中步骤2中机床的主轴线转速为24.3-35m/min，进给量为0.11-0.13mm/r，限制最终切削深度为0.13-0.25mm之间。

其中步骤2中加工过程具体是：采用循环去余量加工方式，在齿槽位置中部加工一个直槽，齿槽底部留有余量a，再循环加工去除直槽两个角度面，并且两个角度面也留有余量b；机床的主轴线转速为36-56m/min，进给量为0.1-0.15mm/r。

其中步骤2中的冷却装置为高压泵时，加工过程中的冷却压力为4-10bar。

其中步骤2中的冷却装置为高压冷却装置时，加工过程中的冷却压力为15-30bar。

其中步骤2的加工过程中封严篦齿刀具后刀面磨损带宽度大于0.3mm时，更换新的封严篦齿刀具。

其中步骤4中去除毛刺和抛光处理的具体过程是：使用小平锉刀锉去因封严篦齿加工引起的翻边毛刺，再使用120#砂布去除毛刺，之后使用240#砂布抛光封严篦齿的齿部，最后清洗封严篦齿周边。

其中步骤5中宏观评定的具体过程是：检查封严篦齿成品的表面不得有划痕，封严篦齿成品齿尖的倒棱小于0.07mm，最后在封严篦齿成品表面进行样膏检查。

其中样膏检查的具体过程是：在封严篦齿成品表面打样膏，样膏凝固后对其进行切片，将切片的表面粗糙度检查结果与所加工封严篦齿的金相组织检查结果对比，对比一致时，得到合格的封严篦齿。

其中对比不一致时，进行微观评定，具体过程是：对样膏进行切片，然后再200-500倍显微下观察分析白层、变形层、再沉淀层、皱折、拉扯/剥落、裂纹/撕裂应变和加工硬化的材料表面微观组织变化。

本发明的有益效果是：基于发动机轮盘在使用过程中会产生裂纹的问题，经过多次试验以及对其结构特点的分析，并且通过对多个发动机故障轮盘的金相组织的检查中发现，发动机轮盘的开裂是由于封严篦齿早期疲劳开裂的原因造成的；本发明根据封严篦齿的结构和材料选择机床主轴线转速、进给次数和进给量，并且在加工的过程中对刀具进行冷却和对封严篦齿加工件进行清洗，提高了刀具切削性能，提高封严篦齿加工表面的完整性，并且对封严篦齿进行去除毛刺和抛光处理，以及对封严篦齿成品进行宏观评定，从而提高了封严篦齿的完整性，减少了发动机轮盘开裂的故障，提高了发动机的性能。

更进一步的，针对GH901材料和TC11涡轮盘封严篦齿的结构，给出了不同的加工方法，并提供了具体的加工参数和加工方法。

更进一步的，针对机床安装的不同冷却装置，提供了适合高压泵或高压冷却装置的冷却压力参数。

更进一步的，在封严篦齿刀具后刀面磨损带宽度大于0.3mm时，进行刀具更换，保证了封严篦齿加工的精密性，提高了封严篦齿的完整性。

更进一步的，提供了对封严篦齿的齿尖部进行去除毛刺和抛光处理的方法，并且对封严篦齿成品进行了清洗，确保封严篦齿的齿部的完整性。

更进一步的，提供了表面完整性的评定方法，以及样膏检查与金相组织检查的对比，严格控制封严篦齿的检查，提高了其封严篦齿的完整性，并且还掌握了零件机加表面质量与表面完整性的关系。

附图说明

图1为使用本发明的方法加工GH901材料涡轮盘封严篦齿的结构示意图；

图2为使用本发明的方法加工TC11材料涡轮盘封严篦齿的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，包括以下步骤：

步骤1，发动机轮盘封严篦齿的加工设备需选择能够保证其加工范围的数控车床，同时，该数控车床的冷却液可连续喷出；如果该设备配置了高压泵，冷却压力应保证4-10bar；如果该设备配置的冷却系统具有高压冷却装置，冷却压力应保证15-30bar；同时为提升封严篦齿表面完整性，在保证封严篦齿尺寸要求的情况下，尽可能提高封严篦齿刀具的刚性，同时刀具上应有与机床冷却系统连接的冷却装置。

步骤2，根据封严篦齿的结构和材料选择机床的主轴线转速、进给次数和进给量，加工过程中冷却装置喷出的冷却液能够高速输送到刀具齿尖上，快速冲走加工过程中产生的铁屑，同时对刀具进行降温；其中加工GH901材料机床的主轴线转速为24.3-35m/min，进给量为0.11-0.13mm/r，限制最终切削深度为0.13-0.25mm之间；加工TC11材料机床的主轴线转速为36-56m/min，进给量为0.1-0.15mm/r

步骤3，经过步骤2的加工得到封严篦齿。

步骤4，使用什锦锉中的小平锉刀锉去因封严篦齿加工引起的翻边毛刺；使用120#砂布去除封严篦齿齿部上的毛刺；使用240号砂布抛光封严篦齿的齿尖；清洗封严篦齿，并用棉花和干布擦净封严篦齿齿槽。同时使用3-10倍放大镜目视检查封严篦齿周边粗糙度，要求Ra1.6μm；并且通过人体的触感对其进行检查，即带手套触摸封严篦齿周边，主要是封严篦齿的尖边，不允许有任何干涩状态；棉花放入封严篦齿齿槽内，沿齿槽方向移动，要求不允许有棉絮停留在封严篦齿的齿尖处。

步骤5，对封严篦齿成品进行宏观评定，具体是：使用3-10倍放大镜，对封严篦齿进行完全检查，封严篦齿的表面不得有划痕；封严篦齿齿尖的尖边倒棱不大于0.07mm，不允许有毛刺，由于机械加工时容易产生毛刺，因此检测时，检验员需带手套沿封严篦齿表面触摸检查，触摸时需手感顺利；在封严篦齿表面打样膏，样膏凝固后对其进行切片，在显微镜下检查切片的尺寸及表面粗糙度，样膏的检查结论与金相组织检查的结论是一致的时，该封严篦齿为合格的产品；结论不一致时进行微观检查。

微观检查的具体过程是：对检查区域进行覆膜，覆膜后高倍组织观察，在200～500倍显微下观察及分析，分析白层、变形层、再沉积层、皱折、拉扯/剥落、裂纹/撕裂应变和加工硬化等材料表面微观组织变化。从而深入地掌握了零件机加表面质量与表面完整性的关系，为加工控制、故障分析、标准研究提供了重要的技术指导。

如图1所示，在对GH901材料涡轮盘封严篦齿进行加工时，篦齿封严车削由其自身结构因素，加工共分4次进给，第一次：0.9mm，第二次、第三次：0.7mm，第四次：0.2mm。车削封严篦齿齿槽加工参数：主轴线转速为24.3～35m/min，优选为27m/min、30m/min或32m/min；进给量为0.11～0.13mm/r，优选为0.12mm/r；限制最终切削深度在0.13～0.25mm之间，优选为0.15mm、0.19mm或0.22mm。

如图2所示，在对TC11材料风扇轮盘封严篦齿进行加工时，封严篦齿的齿深为3.2mm，齿底圆角半径为0.9mm，为了保证封严篦齿尺寸和表面完整性，篦齿封严切削采用循环去余量加工方式，分为粗、精加工工步，图2中首先循环加工出一个直槽，齿底留有余量a为0.3mm，再循环加工去除两个角度面，两个角度面为精加工留有余量b为0.3mm，最后完成篦齿封严的精加工；加工过程中，机床的主轴线转速为36-56m/min，优选为38m/min、45m/min、53m/min或50m/min；进给量为0.1-0.15mm/r，优选为0.12mm/r、0.13mm/r或0.14mm/r。

本发明的加工方法通过提升转动件封严篦齿表面完整性，确立了封严篦齿的加工技术准备、工艺参数、加工步骤、封严尖边处理、表面完整性评定方法，深入地掌握了零件机加表面质量与表面完整性的关系，为加工控制、故障分析、标准研究提供了重要的技术指导。随着轮盘封严篦齿提升表面完整性的加工方法在现场生产加工中的应用，轮盘开裂的问题在厂内一次试车后或外场使用后故障率明显下降。

Claims (10)

1.一种提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将封严篦齿加工件放置在机床加工平台上，刀架上安装封严篦齿刀具，刀具上具有与机床冷却系统连接的冷却装置；

步骤2，根据封严篦齿的结构和材料选择机床的主轴线转速、进给次数和进给量，加工过程中冷却装置对刀具和加工件进行清洗和冷却；

步骤3，经过步骤2的加工得到封严篦齿；

步骤4，对封严篦齿的齿尖部进行去除毛刺和抛光处理，得到封严篦齿成品；

步骤5，对封严篦齿成品进行宏观评定，得到合格的封严篦齿。

2.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤2中机床的主轴线转速为24.3-35m/min，进给量为0.11-0.13mm/r，限制最终切削深度为0.13-0.25mm之间。

3.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤2中加工过程具体是：采用循环去余量加工方式，在齿槽位置中部加工一个直槽，齿槽底部留有余量a，再循环加工去除直槽两个角度面，并且两个角度面也留有余量b；机床的主轴线转速为36-56m/min，进给量为0.1-0.15mm/r。

4.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤2中的冷却装置为高压泵时，加工过程中的冷却压力为4-10bar。

5.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤2中的冷却装置为高压冷却装置时，加工过程中的冷却压力为15-30bar。

6.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤2的加工过程中封严篦齿刀具后刀面磨损带宽度大于0.3mm时，更换新的封严篦齿刀具。

7.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤4中去除毛刺和抛光处理的具体过程是：使用小平锉刀锉去因封严篦齿加工引起的翻边毛刺，再使用120#砂布去除毛刺，之后使用240#砂布抛光封严篦齿的齿部，最后清洗封严篦齿周边。

8.根据权利要求1所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述步骤5中宏观评定的具体过程是：检查封严篦齿成品的表面不得有划痕，封严篦齿成品齿尖的倒棱小于0.07mm，最后在封严篦齿成品表面进行样膏检查。

9.根据权利要求8所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述样膏检查的具体过程是：在封严篦齿成品表面打样膏，样膏凝固后对其进行切片，将切片的表面粗糙度检查结果与所加工封严篦齿的金相组织检查结果对比，对比一致时，得到合格的封严篦齿。

10.根据权利要求9所述的提高转动件封严篦齿表面完整性的加工方法，其特征在于，所述对比不一致时，进行微观评定，具体过程是：样膏进行切片，然后再200-500倍显微下观察分析白层、变形层、再沉淀层、皱折、拉扯/剥落、裂纹/撕裂应变和加工硬化的材料表面微观组织变化。