一种压气机盘榫槽缺陷修复方法

摘 要：本文介绍了一种压气机盘的结构特点，对盘榫槽加工进行简要技术分析，提出加工出现问题，经过分析并采取措施，完成盘榫槽缺陷的修复工作。

关键词：压气机盘榫槽；缺陷；修复

中图分类号：TH45 文献标识码：A

燃气轮机尤其重型燃气轮机，是复杂机械类产品，特点是资源占用量大，设计制造周期长，技术含量高。研制过程中，大型锻件按1∶1投料，研制风险大。这样，在保证燃机性能、可靠性前提下，随机故障的排除处理也是降低研制风险的一种重要手段。

1 压气机盘结构简介

压气机盘直径约1500mm，高约200mm，材料：0Cr11Ni2MoVNb，重约900kg，在其外型面上分布榫槽，由于零件和榫槽都较大，尺寸精度高，加工难度大。

2 加工工艺分析

2.1 榫槽加工工艺分析

采用拉削工艺完成燕尾形榫槽的加工，加工工艺成熟。榫槽由直面、圆弧构成了封闭型面，槽底转接R，槽口有两处大倒角，槽形尺寸（尤其是尺寸8.8及尺寸P）及技术条件的保证是加工技术难点。在拉床上，将零件固定在拉具上，通過拉刀的往复运动完成榫槽加工。榫槽两侧面是承受压力工作面，榫槽进气角、周向分度等靠拉具实现。拉刀、拉具的制造质量是影响产品质量的关键。

2.2 拉刀设计制造需要满足的条件

采用100吨卧式拉床完成榫槽拉削。拉削时采用分段成形法和渐切法成形。拉刀设计时，拉刀要有尽可能多的重磨次数及最长的使用寿命；拉削余量是确定拉刀结构尺寸的主要依据；拉刀安装尺寸根据拉床的刀位装夹尺寸确定，拉刀高度根据拉具和拉床中心距选取。

2.3拉具典型结构要求

拉具工作需稳定、定位可靠、分度准确等。拉具为外拉式夹具，由拉具底座、定位芯轴、分度机构、定位盘和角向定位销、压紧机构组成。加工时由于拉削力很大，拉具要有足够的强度和刚性。

3 问题提出

粗拉削榫槽后检查盘拉削表面，表面完好。而精拉削后检查，发现每个榫槽工作面的同一侧面产生了拉削刀痕，位于工作面P尺寸附近，刀痕最大深度达到0.03mm，之后由于手工抛修不当，导致个别榫槽的局部缺陷最大深度达到0.08mm。为挽救该盘件，经计算，在满足强度要求前提下，允许对榫槽缺陷部位补加工，补加工范围见图3中加粗部分，补加工后部位A不允许存在接刀，保证粗糙度要求；其余技术要求按原设计图进行。

4 导致榫槽表面拉伤原因分析

由于燕尾槽结构尺寸大，拉刀数量多（共40余把），粗开槽后，为保证最终的尺寸精度和表面粗糙度要求，粗刀给精刀留有适当拉削余量。综合分析导致工作面拉伤主要原因有拉刀和拉具。

4.1 拉刀

对拉刀图纸与实物复查及检测，认为拉刀设计制造质量可以满足加工要求。

4.2 拉具

拉具由拉具定位销、定位芯轴、拉削角向定位销、压紧机构、定位盘组成。

（1）拉具定位销：拉具在工作台上的正确位置靠2个定位销孔确定，两定位销至中心的距离由拉床、拉刀及盘件三者相互关系计算得出，其对产生工作面拉伤缺陷的作用小。

（2）定位芯轴：定位芯轴在拉床上起两个作用，一起连接作用，二是起定心和回转作用。在设计和制造时为确保回转中心和加工稳定性，在保证拉具顺畅旋转的情况下，尽量减小其配合间隙。定位芯轴质量状况影响拉具分度精度即盘的位置度精度，其对产生工作面拉伤缺陷的作用小。

（3）拉削角向定位销：用来控制榫槽加工的角向位置，根据盘件特点，角向销直径应大些为宜。如角向销直径较细，会由于受拉削力影响而极易折断，影响盘榫槽周向的分度精度。

（4）压紧机构：压紧机构由大盖板和螺栓、垫圈组成，为使压紧力均匀，采用圆形盖板压紧，盖板设计既要保证刚性，又保证装卸方便。

（5）定位盘：拉具定位盘由两个盘件组成，一件用于确定工件中心；另一件起支撑端面作用。支撑定位平面既要保证定位要求，又要控制拉削时的变形量。当定位盘不能可靠控制拉削变形时，拉具在某一特定方向可能产生串动。该异常串动直接影响拉削后的表面质量状态。

当在较大拉削力作用下，拉具定位盘的支撑定位面不能很好控制拉削变形量时，拉具产生某一特定方向的串动，作用在拉刀上，拉刀产生让刀。当精拉刀不足以去除粗拉时由于定位盘误差造成的偏移导致的残留刀痕时，在拉削表面产生了缺陷。

分析后认为定位盘支撑定位质量是产生拉削缺陷的主要原因。

5 解决措施

5.1在拉床上返修榫槽

通过定制专用拉刀，在拉床上返修零件。由于再次装夹后重复定位精度难以达到首次装夹状态，加之拉具支撑定位平面不能可靠控制拉削变形量，返修后可能产生新的缺陷，修复风险大，不可行。

5.2定制专用研磨具手工修磨榫槽

受成型刀具启发，定制专用研磨具和标准样块，实施返修和检测。在不改变榫槽进气角、中心距、位置度的前提下，设计制造专用研磨具，沿榫槽长度方向手动移动研磨具，整修榫槽工作面。研磨具中心与单个榫槽一致，其长度与榫槽相同，加工后满足图3 中“8.8”及“38.91”尺寸要求同时，其余尺寸精度还需满足原图对榫槽的其它要求，修磨时须将材料去除量控制在0.15以内。修后需用标准样块着色检查榫槽表面，密接度达到100%即合格。

6 实施效果与结论

6.1修复后榫槽尺寸、技术条件均符合调整后的设计要求，产品交付试验考核；对拉具定位盘进行返修，避免拉具影响后续产品生产。

6.2定制专用研磨具手工修复榫槽是挽救榫槽工作面拉伤的一种可行方法。

参考文献

[1]透平机械现代制造技术丛书.盘轴制造技术分册[M].北京：科学出版社，2002.

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