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，操作環境差，質量狀態不穩定，生產效率低，難以滿足高性能發動機的設計要求。本文對渦輪盤榫槽邊緣光整加工工藝進行了專題研究，在新引進的數控倒角機上，采用專用銑刀數控銑削和專用端面刷自動拋光的復合加工方法，突破了榫槽邊緣光整加工數控化的技術瓶頸，首次實現榫槽邊緣光整加工數控化，減輕了工人的勞動強度，改善了操作環境，優化了榫槽邊緣表面質量，提高了生產效率。

1 渦輪盤榫槽邊緣

　　渦輪盤是航空發動機渦輪轉子中的關鍵件，在高溫高壓及復雜動載荷下高速旋轉，工作環境極其惡劣。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生應力集中的薄弱環節，如何提高渦輪盤榫槽邊緣的表面質量顯得尤為重要。

　　如圖1所示，是某高溫合金渦輪盤，其零件結構復雜，棕樹型榫槽加工空間狹小，榫槽與端面的過渡圓角設計要求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 渦輪盤榫槽邊緣復合光整加工

　　2.1 定義

　　為了改善零件的外觀質量，提高零件表面的耐磨性，充分發揮每個零件的功能，保證產品的整機性能，零件在獲得規定的尺寸精度、幾何精度之后，如尚未達到表面質量的要求，還要根據需要進行去除毛刺、飛邊、刀痕，降低表面粗糙度值，改善表面應力狀態，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量的各種加工，稱為光整加工。

　　渦輪盤零件經拉削加工后形成了棕樹型榫槽，對其邊緣進行棱邊倒圓、拋光，降低表面粗糙度值、改善物理力學性能，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，提高零件表面質量，實現精度穩定。

　　主要特點：

　　倒角銑刀與固定刷，按預先編制好的數控程序軌跡，并以一定的切削參數實現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，極易產生干涉碰撞，倒圓部位表面粗糙度要求嚴格Ra≤0.8，故選用數控銑和刷子自動拋光的復合加工方法，共同完成榫槽邊緣自動倒圓光整加工。

　　(1)確定榫槽光整設備、夾具結構

　　設備：自動倒角機，如圖2所示，產地：瑞士。

圖2自動倒角機

　　夾具：采用了組合設計理念，結構設計非常合理，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構

　　采用一種硬質合金銑刀專用銑刀，用于去除榫槽邊緣大部分余量;采用兩種標準金剛石粗、細端面刷，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，編制數控程序，模擬仿真加工倒圓, 試驗加工過程如圖6所示，為數控倒圓角防真圖。

圖6數控倒圓角仿真圖

　　確認程序可行后，選擇和真件完全一樣的拉槽試驗件，在數控倒角上進行試驗，調整加工程序，試驗切削參數，最終切削參數為：

　　a.銑刀銑削倒角加工：　　銑刀轉速n= 25400 r/min　　進給量f= 620 mm/min　　切削深度ap= 0.1mm，

　　b.粗、細動力刷拋磨倒圓加工：　　零件轉速n=6 r/min　　刷子進給量=2000mm/min　　刷子切向速度=17m/sec

　　(4)數控復合光整工藝

　　研究采用數控銑和刷子自動拋光的復合光整工藝，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，防止產生測量誤差。

　　工步3，零件不動，選用高速旋轉的專用銑刀沿榫槽一側輪廓邊緣四軸聯動銑削倒角。達到0.4×45°，表面粗糙度達到Ra1.6;

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

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

　　2.4復合光整加工的效果分析

　　(1)加工質量保證能力及其穩定性

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

　　(2)加工生產率

　　任何一種先進的工藝技術，除了在加工質量上是先進的，在加工生產效率上也是先進的。數控復合光整加工技術從根本意義上講，就是以現代的先進技術替代陳舊、落后、繁重的人工勞動，徹底改變勞動者的生產環境，并從繁重的人工勞作中解放出來。

　　(3)渦輪盤人工與數控復合光整加工比對

　　與利用工具人工加工相比，數控復合光整加工具備如下優勢：表面質量狀態好，倒圓值規矩且穩定;同樣加工狀態下，生產效率高;加工環境優，封閉、濕態、無污染;大大減輕了工人的勞動強度。見表1。

表1 渦輪盤人工與數控復合光整加工比對

3 結論

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

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