一种压气机盘鼓组合制备方法与流程

本发明涉及一种压气机盘鼓组合制备方法及包括车削内腔锁底的刀具及方法。即压气机盘鼓中连接进、排气端盘鼓的多级轮盘的车削、焊接及锁底加工专用刀具及加工方法。

背景技术：

压气机盘鼓(例如由五个盘平行焊接在一起)中每个盘结构有轮缘3，篦齿2、辐板9-2，腔壁(隔板)9-3等部分组成，中央是开孔。通过电子束焊将压气机盘鼓组合件结构制备如图1所示，即是由5个盘平行焊接组装在一起，相邻盘间用4条电子束焊缝焊成一个整体。相邻的轮盘的内孔a1、b1及轮毂鼓筒端面对基准a、b跳动≯0.1。电子束焊虽然是比较精密的焊接技术，但焊接后要保证焊接坚固度、光滑度以及为了保证精度仍十分重要；如何达到技术要求制备此产品是一个比较困难的任务。

电子束焊是指利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊接面，使被焊工件熔化实现焊接。电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接；焊接精度的牢固度均十分理想，国内已经掌握了这种焊接技术。但焊接时对工夹具的要求高，尤其是要求体积小以及精度高，因为要置于真空腔室中进行。

因盘鼓组件共有4条焊缝，焊接后易变形，因此盘的内孔及轮毂鼓筒端面对基准a、b跳动≯0.1难保证。而鼓筒组件为高速旋转转子部件，径向、端面跳动大会引起发动机振动，工作不稳定。所以为了保证内孔及轮毂鼓筒端面对基准a、b跳动，各级盘需在焊前装配时能自定中心，用车削的方法利于本发明方法制备成高精度的产品。

技术实现要素：

本发明目的是，针对现有技术的不足和存在的上述问题，提出一种压气机盘鼓的制备方法，尤其是提出了一种适合不同数量轮盘(一般是2到9个盘平行焊接成压气机盘鼓)进行电子束焊接的方法，为了保证焊接质量，设计有锁底的加工方法及刀具设计(图6)。提出一种由多只轮盘焊接制备压气机盘鼓的方法，组合制备成压气机盘鼓及车削压气机盘鼓内腔锁底的方法及刀具；包括压气机盘鼓中端部连接进、排气端的轮盘的多级轮盘，也包括设计制造焊接保护的锁底加工，及锁底去除的专用刀具及加工方法。

本发明的技术方案是，一种由多只轮盘焊接制备压气机盘鼓的方法，将每个轮盘先车削完成，轮盘包括轮缘、篦齿、辐板，腔壁以及轮缘中间的辐板，辐板的中央开孔，辐板为平板，辐板厚度大于腔壁；轮盘的外缘两侧为焊接的环形面；先用电子束将分布在盘鼓中央的轮盘焊接，即对相邻轮盘两个相邻的焊接的环形面焊接，其中一个焊接环形面内缘设有一个凸环，此凸环及连接焊接环形面形成一个台阶型夹具支承相邻轮盘的焊接环形面；焊接完成后凸环在腔壁内形成的环状的锁底，由伸入型刀具伸入车削去除；然后将左右两端的轮盘分别与相邻的盘焊接环形面焊接，外沿具有进出气出口具有一个喇叭型的内腔，用伸入型刀具车削。

盘鼓组合件边缘两轮盘焊接完成后(构成压气机盘鼓，5个轮盘或更多的轮盘，5个轮盘序号为第五到第九盘)电子束焊在一起，将中间的轮盘先行电子束焊接，由伸入型刀具伸入车削去除；

进一步，盘鼓组合件由5个盘组成时，因此先焊接中央三个轮盘，第六、第七、第八级盘三个轮盘焊接后存在2条焊缝，中间第六级盘，第七级盘及第八级盘共3个盘先电子束焊(两条焊缝并产生对应的锁底1-2和锁底1-3)，焊接后锁底1-2和锁底1-3至两端的距离相对较小，对于专用刀具的刀杆长度要求较短，加工时不易震刀。

将第六级～第八级盘焊接后，因锁底是辅助电子束焊接使用的工艺保护凸台，最终产品不需要，所以车掉锁底1-2和锁底1-3及车出第六级和第八级两端的止口；两端止口的支承左右两端的轮盘即第五级和第九级盘进行电子焊接。第五级盘与第六级盘焊接后形成强闭合内腔及锁底1-1，第六级盘与第七级盘焊接后形成锁底1-2，第七级盘第八级盘焊接后形成锁底1-3、以此类推第八级盘与第九级盘焊接后形成锁底1-4，共计4处锁底，且此4处锁底均处于闭合内腔；焊接后需车加工去除这4处锁底，因内腔深度及辐板之间的开档距离对进退刀的限制致使常规的刀具无法加工锁底。本发明采用伸入型垂直杆的刀具，由伸入型刀具伸入闭合内腔车削去除。

对应四个保护型的锁底(如图1所示),因前、后第五级盘和第九级盘结构在轴向有一定长度的轮毂鼓筒部位，锁底1-2和锁底1-3极难加工，因为车削此二处锁底刀杆较长，加工时易振刀且刀杆太长也不易预先装入内腔，导致中间盘锁底1-2和锁底1-3至两端法兰面的距离较大，先把中间盘焊接及车削，电子束焊后再车锁底1-1及锁底1-4。

对于超过5个盘的压气机盘鼓组合件同样适用于此方法。位于中央的轮盘尺寸是收窄型，先行在锁底的固定及保护下在轴向夹具下电子束焊接，最后焊接两端具有进出气口轮盘，组合制备成压气机盘鼓及车削压气机盘鼓内腔锁底的方法及刀具；包括压气机盘鼓中端部连接进、排气端的轮盘的多级轮盘，也包括设计制造焊接保护的锁底加工，及锁底去除的专用刀具及加工方法。

包括使车加工锁底可行的专用刀具及加工方法。

因此盘间装配接头需设计为带锁底的止口过盈配合(便于精切割的余量)，而工艺留取的锁底需在电子束焊后通过车加工方式去除如图2所示，焊接后需车加工锁底1-1、1-2、1-3、1-4部位。

锁底(止口)是焊接环形面内缘设有一个凸环(由方便的车削车成)在用于电子束焊接时是保证相邻焊接环形面焊透的的保证，用能量高于阈值的电子束去轰击焊缝，巨大的动能转化为热能，保证使焊接处工件熔化，形成熔池(熔池不会溢出焊缝)，保证整个焊接面透焊和焊接强度，工艺重复性好及热变形量小的优点。

包括使车加工锁底可行的专用刀具及加工方法。因此盘间装配接头需设计为带锁底的止口过盈配合(便于精切割时有余量)，而工艺留取的锁底需在电子束焊后通过车加工方式去除如图2所示，焊接后需车加工削除四个锁底1-1、1-2、1-3、1-4部位。

从图1可以看出第五级盘与第六级盘焊接后形成强闭合内腔及锁底1-1，第六级盘与第七级盘焊接后形成锁底1-2，以此类推第八级盘与第九级盘焊接后形成锁底1-4，共计4处锁底，且此4处锁底均处于强闭合内腔。焊接后需车加工去除这4处锁底，因内腔深度及辐板之间的开档距离对进退刀的限制致使常规的刀具无法加工锁底。

设计锁底去除的专用刀具，包括中间接杆和垂直中间接杆刀杆，中间接杆11的第一端固定在车床的刀架上(刀具中间接杆和刀架为capto接口)，内六角圆柱头螺钉将刀杆前端12固定在中间接杆11的第二端，12刀杆后端为l形，l形的底端由14内六角平圆头螺钉、15减震块、16o型橡胶密封圈固定在刀杆前端12；刀杆的l形尖端部安装固定17车刀片；在l形(梯形也可)尖端部的左侧或右侧安装固定17车刀片。

锁底去除的专用刀具示意图中，未描写出中间接杆11，刀杆前端12及刀杆后瑞18其实可以是细长杆的结构，可以伸进多级盘焊接后的缝隙内利用左或右车刀片将环尖锁底削除。

由于内腔的深度、开档宽度及锁底所在内腔侧偏置不同，4处锁底的加工对刀具的结构要求不同，需要设计多把刀具，根据4个内腔按结构分析计算可设计为2-3把刀具。专用刀具的设计也需从制造成本考虑，若设计为整体结构则刀具的加工制造成本较高，因此提出一种组合刀具设计结构，即设计为刀杆前端12与中间接杆11两部分的分体式，两部分连接采用端面齿盘结构连接，这样可以降低刀具的设计制造成本。端面齿盘(hirthcoupling)也叫鼠牙盘或端面齿盘，是机械分度设备的最核心关键部件，它能确保刀杆前端12与中间接杆11能够在垂直附近进行角度调整，刀杆前端12与中间接杆11的连接关节设有鼠牙盘或端面齿盘，使车刀刀杆前端12能固定，保证车刀(伸入到腔体内)到位车削掉环状的锁底。

有益效果：本发明提出的一种由多只轮盘焊接制备压气机盘鼓的方法，主要是通过车床切削的方法，显然车床的切削效率高，精度有保障，加上特制的锁底装置，可以作为电子束焊接精确对准的辅助夹具和保护焊接缝并焊透的工夹具，采用电子束焊接精度高且采用多步组合制备成压气机盘鼓，最后车削去除压气机盘鼓内腔锁底，本发明的方法及刀具均有创新性，并取得了良好质量的制品；能够制备包括压气机盘鼓中端部连接进、排气端的轮盘的多级轮盘；本发明还包括设计制造焊接保护的锁底加工，及锁底去除的专用刀具及加工方法。

附图说明

图1为多只轮盘焊接制备压气机盘鼓的结构示意图；

图2为轮盘焊接时的锁底的结构示意图；

图3为轮盘锁底删除后的结构示意图；

图4为多只轮盘焊接制备压气机盘鼓的锁底删除后的结构示意图；

图5为车削锁底的刀具的结构示意图；

图6为图5刀具结构爆炸图；

图7是第六到第八级轮盘未削锁底的结构示意图；

图8是第六到第八级轮盘削除锁底的结构示意图；

图9刀具车削第二、三锁底(第六-第八轮盘焊接的中间锁底)的结构示意图；

图10刀具车削第一、四锁底(第五-第六或第八-第九轮盘焊接的边缘锁底)的结构示意图。

图11为车锁底时刀具旋装(多个刀具的位置进入车削部分)示意图；

图12为车锁底时刀具到位的结构示意图，刀杆前端可以与轮盘的侧平面平行。

具体实施方式

从图1、4，压气机盘鼓(例如由五个盘平行焊接在一起)中每个盘(五个盘的序号分别为5、6、7、8、9五个盘被称为第五至第九级盘，)结构是：一般有轮缘3，篦齿2、辐板9-2，腔壁(隔板)9-3，等部分组成，中央是开孔。左右两端的盘的外沿具有进出气出口的轮毂(鼓筒)9-4、9-1，在纵向有相当尺寸长度，虽然通过电子束焊将压气机盘鼓组合件结构制备如图1所示，即是由5个盘平等焊接组装在一起，相邻盘间用4条电子束焊缝焊成一个整体。盘鼓组合件焊后的技术要求如图1，盘的内孔a1、b1及轮毂鼓筒端面对基准a、b跳动≯0.1。可以看出第六级盘～第九级盘的内孔直径最小为第六级盘φ136，锁底所在的内腔最深为第六级盘和第七级盘焊接后形成的强闭合内腔，深度为110，且此内腔开档处宽度为21mm(图4)，内腔深度和进退刀距离限制了常规的刀杆无法加工锁底。图2-3是锁底、止口及车削掉的放大图。

从图1可以看出第五级盘与第六级盘焊接后形成强闭合内腔及锁底1-1，第六级盘与第七级盘焊接后形成锁底1-2，第七级盘第八级盘焊接后形成锁底1-3、以此类推第八级盘与第九级盘焊接后形成锁底1-4，共计4处锁底，且此4处锁底均处于闭合内腔。焊接后需车加工去除这4处锁底，因内腔深度及辐板之间的开档距离对进退刀的限制致使常规的刀具无法加工锁底。本发明采用伸入型垂直杆的刀具，由伸入型刀具伸入闭合内腔车削去除。

因内腔较深，且内孔直径小，常用的刀具在对刀后无法通过程序直接从内孔处进入内腔，考虑此原因，设计一种如图5-6所示的刀具，在腔外对刀后再把刀具从刀架拆下，手动把刀具旋装入内腔，再把刀具装入刀架，最后通过数控程序控制走刀路径来车加工锁底。刀具在对刀前后两次装夹精度≯0.02(卧式车床：ck61160*6000)。

图5-6刀具图所示：11中间接杆，12刀杆前端，13内六角圆柱头螺钉，14内六角平圆头螺钉，15减震块，16o型橡胶密封圈，17车刀片，18刀杆后瑞。

锁底去除的专用刀具包括中间接杆和垂直中间接杆刀杆，中间接杆11的第一端固定在车床的刀架上(刀具中间接杆和刀架为capto接口)，内六角圆柱头螺钉将刀杆前端12固定在中间接杆11的第二端，12刀杆后端为梯形，梯形的底端由14内六角平圆头螺钉、15减震块、16o型橡胶密封圈固定在刀杆前端12；刀杆的梯形尖端部安装固定17车刀片；在梯形尖端部的左侧或右侧安装固定17车刀片。锁底去除的专用刀具示意图中，未描写出11中间接杆，12刀杆前端及18刀杆后瑞其实可以是细长杆的结构，可以伸进多级盘焊接后的缝隙内利用左或右车刀片将环尖锁底削除。

由于内腔的深度、开档宽度及锁底所在内腔侧偏置不同，4处锁底的加工对刀具的结构要求不同，需要设计多把刀具，根据4个内腔按结构分析计算可设计为2-3把刀具。专用刀具的设计也需从制造成本考虑，若设计为整体结构则刀具的加工制造成本较高，因此提出一种组合刀具设计结构，即设计为刀杆前端12与中间接杆11两部分的分体式，两部分连接采用端面齿结构连接，这样可以降低刀具的设计制造成本。端面齿(hirthcoupling)也叫鼠牙盘或端面齿盘，是机械分度设备的最核心关键部件；本申请有所改进：两部分连接采用(非旋转的)端面齿结构连接，刀杆前端12与中间接杆11的连接平面为设有鼠牙盘或端面齿，即刀杆前端12与中间接杆连接端分别固定一对齿板中的一只，一对齿板上的齿均匀平行分布的截面为三角的齿，一对齿板上的齿互嵌固定，能进行高精度角度定位固定，并使车刀刀杆前端12与中间接杆11能通过螺栓螺母等将一对端面齿板牢固固定，并能承受车削时应力与扭力；保证车刀(伸入到腔体内)到位可靠车削掉环状的锁底。当刀杆前端12与中间接杆相互垂直时，齿板平面为直角的角平分线平面即45度平面。

如图1、图4，盘鼓组合件由5个盘(序号为第五到第九盘)电子束焊在一起，因此焊接后存在4条焊缝，对应4个锁底(如图1所示),因前、后第五级盘和第九级盘结构有轴上有一定长度的轮毂鼓筒部位，导致中间锁底1-2和锁底1-3至两端法兰面(轮毂)的距离较大，锁底1-2和锁底1-3及难加工，因为车此二处锁底刀杆要较长，但加工时易振刀(刀杆要有一定的直径)，刀杆太长也不易于选装，但要在直径与内腔相配即可。

从加工的工艺性来考虑，选择中间第六级盘，第七级盘及第八级盘共3个盘先电子束焊(两条焊缝并产生对应的锁底2和锁底3)，焊接后锁底1-2和锁底1-3至两端的距离相对较小，对于专用刀具的刀杆长度要求较短，加工时不易震刀。电子束焊顺序的与焊接轮盘的顺序相同，先焊接中间的第六、第七、第八轮盘共二条焊缝；完成后再焊接第五、第六和第九、第八两条焊缝；

第六级～第八级盘焊接后再车削对应此焊缝的锁底1-2和锁底1-3及第六级和第八级两端的外端面止口形成新的环状的台阶锁底1-1和锁底1-4。两端环状的台阶锁底1-1和锁底1-4的加工以便于与第五级和第九级盘装配电子焊接。台阶锁底便于焊接时的轮盘圆同心的精确确定与固定。电子束焊后焊后再车锁底1-1及锁底1-4(如图1、图4)。电子束焊后焊后再车削外侧的两个锁底1-1和1-4。锁底1-1、1-2、1-3、1-4去掉锁底后成为光滑的焊缝6-1、6-2、6-3、6-4。

对于超过5个盘的压气机盘鼓组合件同样适用于此方法，先焊接中央的轮盘，最后加工锁底并电子束焊接两端的轮盘。位于中央的轮盘尺寸是收窄型，先行在锁底的固定及保护下由轴向夹具下电子束焊接，最后焊接两端具有进出气口轮盘，组合制备成压气机盘鼓及车削压气机盘鼓内腔锁底的方法及刀具；包括压气机盘鼓中端部连接进、排气端的轮盘的多级轮盘，也包括设计制造焊接保护的锁底加工，及锁底去除的专用刀具及加工方法。

锁底的车削方法，因锁底深度及轮盘盘心间距原因，专用刀具也无法在对刀后通过程序直接从内孔处进入内腔，因此需在腔外对刀后再把刀具从刀架拆下，手动将刀具旋装入内腔(如图11为车锁底时刀具旋装示意图和图12的到位图，车刀能完成车削)，再把刀具装入刀架(刀具和刀架为capto接口)，最后通过数控程序控制走刀路径(只要前进台阶的厚度并左右车削台阶的宽度)来车加工锁底。刀具在对刀前后两次装夹精度≯0.02(卧式车床：ck61160*6000)。

锁底1-2及锁底1-3车加工示意图，共用1把刀：

锁底1-4车加工及锁底1-1车加工可以共用一把刀。

五轮盘的加工成轮鼓的具体实施工艺方案：

各级单件轮盘的加工：a10毛坯检查→a20粗车外形→a30去应力热处理→a40半精车→a60精车，第五盘-第九盘按填充区域留量；两端装配锁底止口及已加工到位面同轴度不大于0.02→a70钳修→a80标印→a90渗透检验。

轮盘组件：b10集件→b20检测(焊接前的各零件两端跳动及配合面尺寸检测)→b30清洗(去除焊接面表面，不得有氧化物)→b40试装配(装配后检测并记录圆跳及轴向尺寸用于焊接后变形及收缩验证)→b50第一次电子束焊(焊接第六盘～第八盘)→b60焊缝荧光检查→b70x光检查→b80检测(焊接后的圆跳动及配合面尺寸检测，并与b20工序尺寸比对)→b70车锁底及止口(车掉锁底1-2和锁底1-3及车出第六盘和第八盘两端的锁底止口)→b80试装配→b90检测→b100第二次电子束焊(第五盘、第九盘分别与第一次焊接成整体的第六、第八盘焊接)→b120焊缝荧光检查→b130x光检查→b140时效处理(同炉焊接性能试块及随炉试环)→b150检测(焊接后的圆跳动及配合面尺寸检测，并与b90工序尺寸比对)→b160车锁底(锁底1-1和锁底1-4)→b170焊缝荧光检查→b180x光检查→b190精车→b200钻轮鼓组件上铣孔及槽→b210钳修→b220中间检验→b230荧光检查→b240等离子喷涂→b250车涂层→b260湿吹砂→b270动平衡→b280转标印→b290钳修→a310最终检验。