某第四级整流叶片工艺分析.docx

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某第四级整流叶片工艺分析

某第四级整流叶片工艺分析

制订工艺规程的原则是：

在一定的生产条件下，以极低成本，高的效率，可靠在加工出符合图纸样及技术要求的零件，工艺规程的编制首先要保证产品质量，同时要争取最好的经济效益，本文将就某第四级整流叶片的工艺进行分析。

某第四级整流叶片是某发动机压气机的第四级整流叶片。

压气机的主要作用是提高进入发动机气流的压力，压气机中整流叶片是将工作叶片加给空气的动能转变为压力能，并将气流扭转到所需要的方向，使紊乱的气流变成均匀气流。

某压气机整流叶片，1-3级为钛合金材料，因为钛合金导热系数低，磨销加工时零件易烧伤、弹性模量小，容易变形，压力加工时尺寸不易控制，故采用热扎毛坯。

4-10级为1G11Ni2W2MoV，采用冷轧方法加工。

下面就第四级整流呈片的工艺进行分析。

1、零件图分析：

图中标明采用轧制方法加工，本零件采用辊锻轧制。

这是在轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺，辊锻是使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊时，靠摩擦力的作用，得以连续进入轧辊受压而变形的生产方法。

它是实现叶片生产高效，无余量的主要工艺之一，此种工艺的经济效益特别明显，与铣削旧工艺相比，材料利用率提高4倍，生产率提高2.5倍，且叶片质量大为提高，由于是毛坯直接轧到无余量，手工劳动量大为减少，劳动条件大大改善，产品的表面硬度也提高了，抗拉强度及疲劳度均优于模锻毛坯。

叶片材料1G11Ni2W2MoV，属于马氏体型热强不锈钢，由于添加了W、Mo、V等强化元素，其室温和高温强度，持久强度，蠕变极限都很高，同时具有良好韧性和抗氧化性能工艺塑性好，技术条件YB677-71，品种规格为GB708-65，板材限厚0.5-4mm。

根据工艺要求，我们选取板厚是3.2±0.2mm，供应状态为热轧软态。

叶片型面复杂，不带叶冠，粗糙度0.8，要求低，WS11整流叶片相对与WJ6整流叶片来说相应尺寸的公差减小一倍多，故尺寸精度提高，给加工带来一定难度。

同时叶片的扭角增大，从0→VI截面，扭角从2从33°6′→35°58′，扭角过大，不利与后续工序如：

冷轧、全切等加工，原理如图所示：

F和F′是一对大小相等，方向

相反的力。

F可分解为F1和F2两个分力。

F1=Fcosa，F2=Fsina。

随着a的增大，F1增大，F2减小。

图1

由此可知，在冷轧或全切中，叶片型面上将受到一对相反的轴向分力，故需将设计图进行坐标转换。

在本零件中，我们取接近平均值的0截面摆平（a=0°）这也就是将原始坐标系XY顺时针旋转33°6′，建立新的坐标系X′Y′，如右图所示。

旋转后的数据见零件图。

零件图的技术条件中有：

（1）允许叶型剖面变形而扭转在±10′范围内如图1所示，这由型面测具来保证。

（2）叶片长度为28.44mm，分为6个截面，间隔为5.1~3.25mm，间隔过密，样板测量时无法靠住定位销测量，故Ⅱ、Ⅳ剖面不检查，数据仅供模具设计用。

（3）叶片型面上对规定型面的单边偏差在两边缘3mm上减薄不大于0.02，增厚不大于0.06，其余部位减薄或增厚不大于0.06，这可作为工人检查型面透兴的依据。

（4）叶片积叠轴对理论积叠轴沿Y′向偏移允差0.08，如图

（2）所示。

图2图3

2、工艺路线分析：

（1）某整流叶片的工艺路线安排：

领料（0）—→钳工（5）—→退火（10）—→下料（15）—→钳工（20）—→铣面1（25）—→铣面2（30）—→铣面3（35）—→铣面4（40）—→钳工（45）—→磨工（50）—→钳工（55）—→开坯（60）—→退火（65）—→粗轧（70）—→退火（75）—→精轧（80）—→退火（85）—→终轧（90）—→最终退火（95）—→钻孔（100）—→洗涤（105）—→全切（110）—→钳工（115）—→抛光（120）—→标印（125）—→磁力探伤（130）—→检验（135）—→抛光（140）

（2）其中0~55工序为毛坯准备阶段，60~140为精加工阶段。

叶片轧制（60、70、80、90）及全切（110）为关键工序，钳工及检验为辅助以序，几次退火为热处理工序。

其余为机械加工工序。

以下就一一加以分析：

如右图：

铣工加工出的

工艺凸台是为了后续工

序的定位，夹紧需要，

铣去的斜角的大小根据

以往经验给出，由试加毛坯图

工生产来最后确定。

图4

冷轧是关键工序之一，叶片型面由毛坯直接轧至无余量如右图所示，毛坯准备阶段加工出的工艺凸是轧制过程的加工基础，而终轧出的两锥孔2-φ4既是本工序的测量基准，又是后工序全切的加工基准。

参考试轧记录的参数进行开坯，粗轧、精轧及终轧工序，最后使叶片个截面满足技术要求，

如无需要，粗轧工序

可以不进行。

当叶片

型面不合格时，就需

要修模，轧模型面的

好坏直接影响叶片型图5

面的质量。

另外，因叶片进气

边比排气边缘半径大，在

轧制过程中，进气边材料

流动慢，排气边材料流动

快，故轧制出的叶片形状

如图所示，为避免叶片装

夹在测具中引进干涉，故

规定最大长度为25mm，但图6

最小长度必须大于4mm。

在每一道轧制工序后，钢件的机械性能低劣，存在残余应力。

如果不用中间退火，一直轧到底，除成型困难，容易损坏模具之外，叶片表面还会被“拉”裂。

故在每道工序之间安排退火，以除应力，改善钢材的机械性能，使塑性增强。

硬度降低，为后续工序做准备。

中间退火温度700±10℃，保温4h，用真空炉。

95工序为最终退火，本工序与前几道热处理工序有所区别。

退火温度580±10℃，保温4h，用真空炉。

其主要作用是使叶片硬度达到3.8≤HBd≤4.3。

根据零件图的要求，热处理工序按照工艺说明书Q/2B364进行。

图中带尺寸，如为理论正确尺寸，它是确定被测要素的理想状态，方向位置的尺寸，该尺寸不带公差，实际尺寸由工装设计保证。

110工序全切也是一道关键工序。

全切，即用冲模一次切去四周多余部分，省支砂轮切割等工序，提高了工效。

全切模冲切叶片时，冲头四周刃口，应尽量可能同时接触叶片，否则容易切歪，此外，顶料块型应与叶片型面良好贴合。

否则叶片边缘容易变形。

本工序后，叶片基本成型。

如图所示：

其中叶片长度及型面完全加工最终尺寸，a尺寸留有0.05mm余量由抛光工序（120）抛去，t尺寸留有0.25mm的余量由钳工工序（115）打磨掉。

故本道工序全切的质量对于加工有很大的影响。

如图所示，零件图中给

出的尺寸27.38±0.15无法直

接测量，可将其换算至A.M

两点，借助φ3的芯棒测量H，

换算过程如下：

在△ABCk，

AB=1.5ctg∠1=1.5*ctg（90°-5°40′）/2

=1.6562

BC=Abcosa=1.6562*cos5°40′

=1.6481

XA=BC+BE=1.6481+2.76

=4.4081图7

取XA=4.4081其公差由工装设计给出。

AF=XD-XA=6.3627-4.4081

=1.9546

DF=1.9546tg5°40′

=0.1939

H=ZA-2.5=ZD-FD-2.5

=30.354-0.1939-2.5

=27.66图8

取H=27.66±0.1故尺寸27.388±0.15由测量27.66±0.1间接保证。

为消除因尺寸换算及芯棒测量定位带来的累积误差，所以公差由±0.15缩小为±0.1。

本工序中的两圆孔为加工基准，而全切后的叶片以0——VI剖面为测量基准，故两剖面的精度要求较高。

两孔至积叠轴的距离由工艺确定，中心孔一般取在剖面最大厚度处Cmax，这样的优点是可防止冲切叶片时因摆放不平衡而产生翻转。

另外，需特别注意的是，在全切与抛光工序中共用一套型面测具，测具基准相同，故其测具原理一致，但在全切（110）工序中，定位面处留有0.05的余量由钳工工序（115）

打磨去，故其定位件与抛光（120）工序用定位件有所区别，这样才能即准确又经济地进行测量。

叶片经过轧制及全切

两道关键工序后基本定形，

再经抛光，进排气边边缘

半径，即达到零件图的技

术条件。

最后按工艺说明书

Q/2B356进行磁检（130）。

图9

按YJ0058验收。

3、冷轧叶片工艺的优点

（1）精度高：

目前中、小叶片型面精度可控制在0.12mm之内，是当国内叶片加工精度最高的工艺方法。

（2）工效高，叶片冷轧一道机动循环时间只5s左右。

（3）表面光洁度高，目前生产条件下，可达0.4以上。

（4）模具寿命长：

有资料介绍，是相应精锻模的五倍，我厂的冷轧模寿命在15000片次以上。

（5）设备动作简单：

相对吨位小。

（6）省材料：

属无切削成形加工，目前虽然要切去一部分工艺基准用料和少量毛边，但仍比其他工艺方法省料。

（7）金属材料在轧制变形中沿叶片纵向流动，纤维组织正合零件工作要求，强度高，并因表面残留压应力，疲劳性能好，

（8）经济效果明显优于苏联老工艺。

4、轧制中的缺陷及分析

轧制叶片本身动作比较简单，然而，轧制过程中影响因素比较复杂，因此，要轧得精确的无余量型面，就比较困难，有些现象似乎很难解释，但是经长期试验和生产的实践逐渐认识到，轧制叶片过程中金属变形的不均匀性是主要矛盾。

现分别叙述几个主要问题。

①正弯现象及其克服

所谓正弯，是指叶片的工轴在YO′Z平面内的弯曲，叶盆挺起，简称“挺肚”，叶盆凹下简称“拱背”。

轧制叶片容易“挺肚”，因为叶型的特点是中间厚，两边（进、排气边）薄，用轧模轧制时，叶片变形就不均匀，即两边相对压下量明显地大于中间部分，因而两边延伸大于中间部分，这是主要矛盾。

如图所示，由于叶型是弯曲的，所以从K向看，较薄的进

排气边在较厚的中间部分的上方，轧后ab延伸大于cd，即a′b′>c′d′，那么，在自由轧制（不用夹钳控制）的情况下，叶片必然如图那样变弯，即“挺肚”。

这是主要原因。

“挺肚”现象，我们主要用升高工作台的方法来克服，因为延伸包括前滑和后滑二部分，所以即便叶片两边与中间延伸不等，只要前滑能相等，叶片就轧直了。

如果工作台升得太高，就会“拱背”，应适当降低工作台，直至轧得合格的平直叶片。

叶片座标轴

图10

图11叶片挺肚原因

②波浪弯的现象及其克服

波浪弯是正弯的一种特殊情况，即叶片先辊的前半段叶身“拱背”，而后出辊的叶身“挺肚”。

克服波弯的现象，我们将夹钳的工作台作成可调倾斜角度的。

③侧弯现象及其克服

侧弯现象是指叶片的工轴在ZOX平面内弯曲，参见图10。

轧制叶片侧弯的主要原因是因为叶片进、排气边延伸率不

一致造成的，一般是向进气边弯曲，因为排气边比进气边薄

很多，绝对压下量相同时，排气边相对压下量就大于进气边，

所以排气边延伸率大于进

气边，因此产生向进气边a

侧弯。

进气边

为克服侧弯现象，在

进气边铣出一斜角a，a大

小由经验，及试轧情况确定。

参考图12。

图12

④叶型扭角的弯化及其控制

用与叶片型面扭角相同的模具轧制叶片，但轧出叶型扭角有的增大，有的减小。

其根本原因是叶片两边相对变形量大于中间部分，因而两边的前滑两大于中间部分的前滑量，这时如果由于工作台夹钳控制叶片无法“挺肚”时，在扎制力作用下，相对中间部分逐渐增长的两边金属就会造成叶型扭角的增大。

克服扭角增大的办法：

①增大压下量，

b

a

Z

d

c

b′

a′

Z

d′

c′

图13叶型扭角增大原因

此法由于压下量增大，变形区长度增大，因此两边展宽增大，前滑量相对减少，所以扭角减小。

②减小两边毛边宽度。

③增大两边毛边厚度。

这两种方法都是通过减少两边延伸率的办法，减少两边的前滑量，达到减小扭角的目的。

④分多次轧制，使每次轧制的变形量小。

5工艺尺寸及其确定

零件坯料开坯前的工艺尺寸，都是经过多次试轧后，根据谨严得出的。

且在实践中证明是可行的。

叶片开坯后的工序尺寸，是通零件图给出的数据经坐标换算后得出的。

6、总结

叶片的只要工艺分析基本完毕，但现在存在问题是：

叶片表面质量要求较高，对于小尺寸钢材叶片来说组织性能还未过错全摸透，最佳工艺参数有待进一步优选。

设备及模具有待进一步改进。

总而言之，某的第四级整流叶片工艺流程在生产实践中证明是可行的，但还需要进一步完善和发展。

全切后测具设计

检验测具是检验零件合格与否的专用夹具，本夹具对某第四级整流叶片全切后工序的检验测具（简称测具），因为某整流叶片要求高，叶型是空间曲线，所以本测具结构较复杂。

现就设计分析如下。

一、测具基本要求。

1、对零件的质量进行检验，

2、提高生产率，使用方便，

3、结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件。

测具设计时，要对基本要求有辨证的统一。

本测具设计时，重点是保证零件的检验，使用方便，检测直观，所以结构较复杂。

二、测量原理：

本测具检验时，用叶盆、叶背样板靠住叶片，调整间隙，观察样板与叶片间隙，通过透光检查叶片质量。

三、叶片定位装置及压紧装置。

零件零检验，就是使零件在测具中有一个正确位置，这就需要对零件定位，这是检测零件的关键。

叶片定位时，选择叶片前缘两点，叶背两点，及叶片两端面定位，如图

（1）

图

（1）叶片定位

定位时，零件进气边（前缘）支在定位板24和35的刀口上，限制了叶片的X′、Y′，叶背靠在定位板9和7上，限制了叶片Y′、Z′、X′。

叶片的一端顶在定位销32上，限制了叶片Z，这样叶片就全定位在测具上。

零件定位好了，还需要夹紧，否则零件在测量时位置移动，在叶片另一端面弹性顶尖45顶住，压杆26从叶盆面压住叶片，这样叶片就压紧了。

四、测量装置

叶片在测具上定位，夹紧后，即可测量，测量时叶盆样板和叶背样板，样板上有一段曲线分别是对应叶盆，叶背的形状，样板上有编号分别检不同剖面。

叶片定位后，由于叶片在空间的角度不一定完全满足要求，这就需要调整角度，本测具设计了这样的装置。

调整支架47，47可绕0-0中心旋转，在细调，这时，叶片随整个定位，夹昆机构绕0-0中心旋转，至到满足测量要求时，用滚花螺钉16锁紧。

图

（2）叶盆样板图（3）叶片位置

测量时，样板支靠在定距板34上，并且与定距板24上定位销3靠紧，叶盆型面与叶片盆面靠紧，调整调整板38，可调整样板与叶片盆面见的间隙，通过透光，检查叶片型面是否合格。

根据工艺规程要求，在型面测具上检查型面透光，当板板与测具的调整板38间隙为0值，进出气边缘3mm内不大于0.08，其余不大于0.12，即在两边缘3mm上减薄不大于0.02，增厚不大于0.06，其余

部位减薄或增厚不大于0.06。

测量叶背与叶盆。

定距板刻有0、1、3、5、6数字及刻线，分距检验0、I、III、V、VI剖面，测具总装图上的0、1、3、5、6刻线与定位销32的距离尺寸分别是0、I、III、V、VI剖面带的数据计算而来。

如：

1.75±0.03是0剖面

2.0-0.25=1.75其中0.25是样板型面厚度0.5的一半

3.25是I剖面

5.25-1.75-0.25=3.25

15.45-1.75-0.25=13.45

26.25-1.75-0.25=24.25

30.40-1.75-0.25=28.40

要控制精度，给予±0.03的公差。

这些尺寸是制造样板厚度的依据。

定距板34距0-0中心距离50±0.02须严格控制，因为样板与定距板34接触的表面距样板型面的积叠轴的距离50，所在此尺寸关系到样板与叶片的位置关系。

定距板34表面和底座底面K有平行度要求，允差0.01。

定位销对K及两侧N有⊥要求，允差0.005。

五、定位误差分析：

定位板24上的刀口与测具中心距离3.44±0.02。

定位板35上的刀口与测具中心距离2.81±0.02。

这两尺寸是保证叶片积叠轴与测量中心（重合的关系）在同一水平内重要尺寸。

△=0.04。

由于X′、Y′坐标是XY坐标旋转33°6′（详见工艺分析）得出。

即0截面a=0,与0截面扭角最大的VI截面扭角差2°52′。

在Y′方向误差：

△Ymax=△Xtga

=0.04*tg2°52′

=0.002

△Ymax很小，对本测具不影响检验精度。

即使再加上样板误差，测具安装误差，均能满足使用要求。

六、总体布局

本测具主要有底座5，底座上开有T形槽，定距板34通过键7螺钉8安装在底座中间部位，34上有六个定位销3，34两边分别安装支架14和51在底座5上，支架47两端安装在4和51上，支架47上安装定位板17和9，还装有顶尖45，定位销32及压紧机构，底座两侧中间装两块调整板38，详见测具总装图。

七、测具的安装调整

安距板34安装在底座5上，可调整，定距板上定位销3与支架47上定位销32的距离，定位板17和9上有烙印A、B字样，分别是全切、抛光和检验工序，不同工序使用不同位置可调整螺钉37得到。

定检合格后，将件11、12、15用漆封死。

定距板烙印刻线。

样板分别编号。

八、样板制造

样板形状见图

（2），须保证⊥要求，关键是叶型面，根据坐标换算后的数据加工出叶型面，且保证样板叶型积叠轴的尺寸50±0.02。

图4.样板

九、总结

本测具通过使用，证明是可行的，但还须改进。

后语

通过这次工艺、测具设计，把自己三年的学习知识复习了一遍，把理论知识运用到生产实践中。

同时，在设计中学会了辩证的看待、分析问题的方法，加强了自身设计的能力，解决问题的能力，总之，为以后的工作打下了良好的基础。

参考文献

工艺部分：

1、《工程材料实用手册》的《结构钢、不锈钢》；

2、《叶片冷轧新工艺》；

3、《喷气发动机》英国罗·罗公司编

4、《机械制造工艺学》机械工业出版社赵志修主编

5、《金属工艺学》高等教育出版社邓文英主编

测具设计部分：

1、《机床夹具设计》机械工业出版社李庆寿主编

2、《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社