王曉紅 朱延嵐 齊文平* / 西安陜鼓動力股份有限公司
摘要：針對主軸四級新型榫槽加工制造的獨特化，分析其特殊材質(zhì)、非標(biāo)刀具、加工程序、檢測工具等給實際加工帶來困難的原因，形成一套從加工到檢測的新工藝方法，解決了尾透主軸葉片鎖緊組裝配難的問題。
關(guān)鍵詞：主軸葉片鎖緊槽；對刀方式；刀具磨損；三針法測量
中圖分類號：TH432.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Improvement of Processing Technology of Locking Groove for Blade on Tail Turbo-expander Shaft
Abstract: Aiming at the uniqueness of machining and manufacturing the spindle four stage new type groove, this paper finds that the main reasons affecting assembling are mainly concentrated in the special material, the cutting tool, precessing method and measurement tool. This paper proposes an improved processing method of the locking groove, which is a very good solution to the locking block assembly problem and has been applied in practice.
Key words: blades locking groove on shaft; tool setting; tool wear; three-pin measurement
1 概述
尾氣透平膨脹機(jī)是“四合一”硝酸機(jī)組的核心設(shè)備，其中尾透機(jī)組的轉(zhuǎn)子是運動軸系的核心部件，它的制造性能直接影響整個機(jī)組的運行性能。由于該種類型轉(zhuǎn)子運行轉(zhuǎn)速高達(dá)10 000r/min，所以各級葉片鎖緊機(jī)構(gòu)的加工、測量和質(zhì)量控制一直是技術(shù)難題。2001年公司與交大聯(lián)合設(shè)計了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鎖緊機(jī)構(gòu)：這種主軸有四級新型榫槽，此形式常見于軸向安裝葉片的主軸，葉片安裝完后，用鎖緊塊鎖緊，鎖緊力主要來自于槽側(cè)面的齒形，見圖1。設(shè)計的獨特性使其加工制造獨特化，其中的特殊材質(zhì)、非標(biāo)刀具、加工程序、檢測工具等都給實際加工帶來困難。在實際裝配過程中，經(jīng)常出現(xiàn)下列問題：
1） 由于加工誤差造成的配合間隙過小，鎖緊塊裝不進(jìn)去，以及間隙過大引起鎖緊塊的松動等；
2） 鎖緊塊的榫槽齒形型面與主軸榫槽型面不等高。 |
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為解決生產(chǎn)急需，通常只是在設(shè)計允許的范圍內(nèi)將鎖緊塊兩側(cè)齒形反復(fù)修整來達(dá)到使用要求。這樣，由于沒找到問題所在，只能被動地解決問題，難免耽誤生產(chǎn)。另一方面，將鎖緊塊齒形進(jìn)行修正后，不僅會影響配合面的表面精度和形位精度，還會降低鎖緊塊的強(qiáng)度，增加了裝配工作量，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2 原因分析
此種鎖緊結(jié)構(gòu)對鎖緊槽和鎖緊塊的加工質(zhì)量要求極高。在對整個問題進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，主要有下列三種情況：
1） 刀具磨損。加工齒形的成型銑刀磨損較快，加工時沒有及時進(jìn)行半徑補(bǔ)償，造成鎖緊槽上大下小的“喇叭口”現(xiàn)象；
2） 對刀方式。以已加工好的直槽槽底對刀，雖操作方便，但是與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，易產(chǎn)生累積誤差；
3） 檢驗方式。鎖緊槽的直槽用樣板來檢，斜向角度齒形用數(shù)控保證，齒形的中徑無法直接測量。
3 工藝方法創(chuàng)新及實施
3.1 零件材料分析
尾透主軸材料為馬氏體不銹鋼，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和抗疲勞性。主要切削特點：切削阻力大，切削溫度高，導(dǎo)熱性差，塑性變形大，易粘刀，易產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散和邊界磨損，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。
3.2 刀具設(shè)計優(yōu)化
3.2.1 根據(jù)不銹鋼的性質(zhì)和切削加工的特點，切削加工時應(yīng)考慮如下問題：
1） 切削力大，切削溫度高，刀具材料應(yīng)選用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好的硬質(zhì)合金；
2） 由于該結(jié)構(gòu)與螺紋連接結(jié)構(gòu)相似，所以加工的刀具規(guī)格選擇成型刀具，其各角度的選擇為：零前角和刃傾角為3°～5°，主后角為8°～10°；
3） 為避免出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象，前刀面和后刀面應(yīng)仔細(xì)研磨，以保證較小的表面粗糙度；也可用較高的切削速度或極低的切削速度；同時在加工時選擇合理的冷卻液；
4） 不銹鋼的切屑強(qiáng)韌，故應(yīng)對斷屑、卷屑、排屑采取相應(yīng)可靠的措施。對刀具進(jìn)行表面涂層，改善加工條件，提高刀具的耐用度；
5） 不銹鋼導(dǎo)熱性能低，切削區(qū)域的溫度高，加之線膨脹系數(shù)較大，容易產(chǎn)生熱變形，精加工時容易影響尺寸精度；
6） 工藝系統(tǒng)的剛性應(yīng)盡可能高。
據(jù)上述考慮，加之查閱了大量資料，鎖緊槽直槽的加工選用YG的φ16和φ10的整體硬質(zhì)合金立銑刀進(jìn)行分層粗、精加工，v≈1000r/min, f≈60mm/min;加工鎖緊齒形的成型刀選用W2Mo9Cr4VCo8，該種材料屬于鎢鉬系高碳含鈷超硬型高速鋼，具有高的常溫硬度（可達(dá)70HRC）和高溫硬度、高紅硬性、易磨削鋒利等特點。使用齒形成型刀時，進(jìn)給量適當(dāng)減小，v取120r/min，f依齒形的深度增加逐漸變小，切削液用乳化液。
3.2.2 根據(jù)鎖緊槽結(jié)構(gòu)形式，開始設(shè)計的齒形成型刀見圖2。在實際加工過程中發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的成型刀長徑比大，加工時接觸面積大，抗力大，容易產(chǎn)生斷刀、變形讓刀現(xiàn)象，加工的槽型易出現(xiàn)“喇叭口”。經(jīng)過反復(fù)試驗改進(jìn)，改變刀具結(jié)構(gòu)，最終改為單齒刀見圖3，刀桿直徑可以最大化，提高刀具剛性，減少加工抗力，改善加工條件。 |
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3.3 改變加工鎖緊槽齒形的對刀基準(zhǔn)
原來是以直槽底部對刀，現(xiàn)改為以主軸外圓對刀，與設(shè)計基準(zhǔn)重合，減少累計誤差。對刀示意圖見圖4。 |
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3.4 在編制鎖緊槽齒形程序時考慮刀具補(bǔ)償
考慮到刀具直徑公差及刀具直徑磨損，在齒形精加工時，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沿齒形實際輪廓向外偏置0.10mm，以保證最終加工齒形中徑達(dá)到圖紙要求。
4 齒形檢測
主軸鎖緊槽齒形及鎖緊塊的中徑檢驗。采用檢測螺紋中徑的方法來測量主軸鎖緊槽齒形及鎖緊塊的中徑。量針法測量螺紋單一中徑是一種精度較高的方法。根據(jù)此處情況采用三針法。三針法測量中徑時，為減少牙型半角誤差的影響，應(yīng)選擇滾針直徑d0盡量接近最佳滾針直徑dp[2] 。計算公式如下。
外螺紋 M=d2+3d0-0.866P
內(nèi)螺紋 M=d2-3d0+0.866P
其中：d2為所要求的槽型中徑（螺紋中徑）；d0為標(biāo)準(zhǔn)三針的滾針直徑；P[2]為螺距，M見圖5。 |
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5 應(yīng)用和固化
通過一系列的改進(jìn)，該種加工及檢測方法已廣泛應(yīng)用于尾透主軸鎖緊槽和鎖緊塊的加工中，形成了一套從加工到檢測的完整的工藝方法, 提高了鎖緊槽加工質(zhì)量，裝配效果良好。從根本上解決了尾透主軸葉片鎖緊組裝配難的問題，為整個機(jī)組的安全運行打下了基礎(chǔ)。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 陳日曜.金屬切削原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996.
[2] 楊叔子，李斌，張福潤.機(jī)械加工工藝師手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011. |
