1、引言

      渦輪軸的深孔（kǒng）加工曆來是軸類零（líng）件加工關鍵之（zhī）一，由於其孔深，又是（shì）封閉式加工，排屑困難（nán），加（jiā）工難度大。本文所述（shù）空心軸（zhóu）是航空發動機（jī）上高速旋轉的關鍵零（líng）件，也是典型的薄壁（bì）空心細長軸類零件。工作轉速在10000r/min 以（yǐ）上，材料（liào）為1Cr11Ni2W2MoV實心模鍛件。空心軸的小端與壓氣機轉子連接；中間部分裝有軸間軸承，其大端（duān）連接渦輪（lún）盤（pán）並與封嚴環、軸（zhóu）承座、襯套等多個零件構成渦輪轉子。

      目前，國內空心長軸深孔鏜削加工普遍采用懸臂式的（de）長徑比很大、由結構（gòu）鋼（gāng）製造的刀杆進行加工，由於其刀具係統自身的（de）剛性差，在切削過程中極易產生讓刀變形和機械振動，造成零件內孔中心線偏移，軸內外圓表麵壁厚（hòu）差不合（hé）格，達不到設計圖樣（yàng）中規定的壁厚差0.05mm要求，不僅製約了生產效率的提高，也直接導致加工表麵質量（liàng）的下降。為了解決深孔加工這一難題，經過（guò）深入研究、廣泛調查收集信息，聯合株（zhū）洲硬質合金廠自主開（kāi）發、研製（zhì）整體硬質合金刀杆，解決長（zhǎng）期以來深孔加工刀具係（xì）統剛性不足，影響加工質量的技術瓶頸（jǐng）。

      整體硬質合金刀杆的設計過程曾多次修改設計方案，對刀杆的結構剖（pōu）麵和幾何形狀、外觀尺寸進行了（le）三次改進，在刀杆和刀頭的連接方式上，也進行了三次較大的設計方案改進，製造廠家因製（zhì）造成型工藝與我們設（shè）計（jì）圖紙規定（dìng）的連接方式（shì）不同，也進行了相應的工（gōng）藝方案改進，經雙（shuāng）方（fāng）共同努力，完成了自行研製的國內第一件長度超過1米長的整體硬質合金刀杆（gǎn），實現了我們多（duō）年以來的夙願，填補了我國在（zài）這一領域的技術（shù）空白（bái）。

      2、整體硬質合金刀杆的（de）研製及在深（shēn）孔加工中的應用

      2.1整體硬質合金刀杆的結構與製造工藝：

      刀杆結構及技術要求見圖1，刀杆製造工藝路線為：

      粉（fěn）末冶金---攪拌---灌注（zhù）到專用的模具中成型---萬噸等靜壓壓注---烘幹---半成品加工---真空燒結---粗、精加工---製成成品---檢驗

      2.2渦輪軸深（shēn）孔加工方法和（hé）刀具

      渦輪軸（zhóu）零件簡圖見圖2

      2.2.1 傳統的（de）深孔加工工藝方法和（hé）刀具

      1）傳統的深孔加工成型工藝鑽孔---擴孔---粗鉸大（dà）錐（zhuī）麵孔---粗鉸小錐麵孔---精鉸大錐麵孔---鉸小錐麵（miàn）孔---鏜小（xiǎo）頭尾孔

      2）刀具：深孔鑽頭、深孔鏜頭、深孔鉸刀、結構鋼材料深孔鏜杆

      3）專用設備：深（shēn）孔鑽床T2120傳統的（de）深孔加工工藝主（zhǔ）要存在的問題是：加工後零件（jiàn）的壁厚差合格（gé）率極低，常常發現在整個（gè）深孔型麵中，小孔的內表麵（尺（chǐ）寸ф48.5+0.5）與大孔的內表麵（尺寸ф75+0.12）同軸度誤差較大，導致壁厚差超差。以往我們采（cǎi）取的修複方法（fǎ）為：常以小孔部分內表麵為基準，而且小孔部分的內孔表麵（尺寸（cùn）ф48.5+0.5）依據當時的（de）條件無法修複，僅能修複大孔（尺寸ф75+0.12），往往采用找（zhǎo）偏大孔理論中心線使其與小孔一致後，加工大孔內表麵保證與小孔內表（biǎo）麵同（tóng）軸度要求。然後修複內孔基準和外圓各表麵，保證空心軸壁厚差要（yào）求。采（cǎi）用（yòng）這種修複方法，修複加工過程十分複雜（zá），隨機性較大（dà），造成部分尺寸和技術（shù）條（tiáo）件不能得到有效控製。

      2.2.2 應用硬質合（hé）金長刀杆（gǎn）深（shēn）孔（kǒng）加工工藝

      1）改進後深孔加工的成型工藝

      鑽孔---擴（kuò）孔--粗（cū）鉸大錐麵孔--粗鉸小錐麵孔---精鏜深孔型麵--精鉸大錐麵孔---精鉸小錐麵孔---鏜（táng）小頭尾孔

      2）刀具：深孔鑽頭、深孔鏜頭、深孔鉸刀、深孔鏜杆、硬質合金長刀杆、鏜刀頭

      3）專用設備：深孔鑽床T2120、深孔（kǒng）鏜床KDM-618

      2.2.3 傳統的深孔加工工藝方法和采用整體（tǐ）硬質合金刀杆深孔加（jiā）工工藝方法（fǎ）的比較

      1）采用整體硬質合金刀杆進行深孔（kǒng）鏜（táng）削加工，解決過去深孔加工中，空心軸內孔尺寸Ф48.5mm依靠浮動鏜削加工，刀杆的浮動支撐，基準自身（shēn）精度達不到要求的問題（tí）。而應用（yòng）整體硬質（zhì）合金（jīn）刀（dāo）杆後，保（bǎo）證了空心（xīn）軸所加工（gōng）的內孔與其它內孔之間同軸度要求，同軸度數值可控製（zhì）在0.05之內。

      2）避免了在傳統深孔加工過程中，依靠刀杆（gǎn）浮動支撐定位，各段（duàn）深孔、型麵（miàn）分段成型，使基準定位誤差較大、造成各段內孔中心（xīn）線不（bú）重合誤差。

      3）過（guò）去在粗鉸孔時，采用浮動鉸刀在鉸（jiǎo）削（xuē）餘量不均勻的情況下，刀具的浮動刀頭往往偏向一邊切削，產生內孔偏移現象（xiàng）。在精鉸時也無法修複。現（xiàn）在采用整體硬（yìng）質合（hé）金刀杆，可直接進行深孔鏜削修複加工（gōng），避免了以往深孔加工中複雜的（de）修複過程，提高了修複加工精度。

      4）采用新工藝進行深（shēn）孔加工試驗後，空（kōng）心長軸的壁（bì）厚差（chà）均可控製在0.05mm之內，新工藝應（yīng）用後可以簡化空心軸壁厚差的修複方式，經實際（jì）應用後（hòu），提高了（le）深孔加工的效率，保證（zhèng）深孔加工各段孔的中心線（xiàn）同軸，達到了設計圖紙中嚴格的（de）壁厚差要求。

      3 硬質合（hé）金刀杆加工（gōng）深孔的應用實例

      3.1 模擬軸（zhóu）的（de）深孔加工試（shì）驗

      試驗條件：設備：KDM-18 深孔鏜床工裝：整體硬質合金刀杆、結構鋼刀杆、YT15 車刀、仿型用靠模板試驗項目：第一種空心（xīn）模擬軸的深孔加工試驗（見圖3），試驗目的檢查驗收硬質合金刀杆的製造質量，完成與普通結構鋼刀杆加工數（shù）據對比，為渦（wō）輪軸零件深孔加工積累經驗。

      試驗結果：試驗對比後，發現采用整體（tǐ）硬質合金刀杆精加工的零件表麵粗糙度（dù）值較低，上刀後（hòu）整體硬質合金刀杆的（de）讓刀量、在（zài）加工中刀杆的回彈、尤其是近根部的振顫感均好於參加（jiā）對比的結構（gòu）鋼刀（dāo）杆。應（yīng）用試（shì）驗采集的數據如表1 示

      3.2 第（dì）二種空心軸的深孔加工應用

      1）應用條件：設備：KDM-18深孔鏜床工裝：整體硬質合金刀杆、YT15車刀、仿型用的靠模板

      2）應用項目：第二種空心軸見圖4，采用硬質合（hé）金刀（dāo）杆進行加工試驗，尋求最佳切削參數。

      3）應用結果：采（cǎi）用了整體硬質合（hé）金刀杆對第二種（zhǒng）空心軸進行深孔加工，加工結果與第一種空心模擬軸相近，切削試驗參數與表1 中序號為（wéi）2、3、4、5、6 的參數一致（zhì），效（xiào）果非常理想。

      3.3 第（dì）三種空心軸的深（shēn）孔加工應用

      1）應用條件：設備（bèi）：KDM-18 深孔（kǒng）鏜床（chuáng）工裝：整體硬質合金刀杆、YG8車刀、仿型用的靠模板.

      2）應用項目：第三種空心軸見圖5，按試驗工藝規程進（jìn）行深孔加工試驗，驗證其加工（gōng）的可行性和合理（lǐ）性。

      3）應用（yòng）結果：采用（yòng）了（le）整體硬質合金刀杆對第三種空心軸進行深孔加工，加工結果及切削試驗參數與第二種空心軸一致，效果非（fēi）常理想（xiǎng）。

      3.4試（shì）驗應用結論：

      采用了整體硬質合金刀杆（gǎn）對第三種空心軸進行深孔加（jiā）工，應用結果與第二種空心軸及第（dì）一種模擬軸的加工結果相近，經過了多次的零件加工和試驗，證明采（cǎi）用整體硬質合金刀杆對空心軸進行深孔加工，能夠保證空心長（zhǎng）軸內、外圓的的壁厚差在整個加工長度上控製在0.05mm 之內。完全滿足設（shè）計圖紙的要求。第三種空心軸切削參（cān）數及加工結果見表2。

      4 攻關成果分析與討論

      1）分析：經過多次（cì）攻關試驗，采用自主設（shè）計研發的整體硬質合金（jīn）刀（dāo）杆，在三種空心長軸零件的深孔加（jiā）工（gōng）中得到了應用，驗證了采用整體硬質合金刀杆，進行空心長軸（zhóu）深孔鏜削加工的可行性和（hé）先進性，實際應用結果表明，硬質合金與（yǔ）常規的合金結構鋼刀杆（gǎn）相比，它的硬度（dù）和強（qiáng）度，尤其是剛性要遠遠大於合金（jīn）結構鋼。在（zài）相同刀杆直徑情況下，采用（yòng）優質鋼製造的刀杆最大懸伸量（鏜刀杆長度與鏜刀（dāo）杆直徑之比）為5:1，而采用硬質合金製造（zào）的鏜刀杆（gǎn）最大懸（xuán）伸量（liàng）為10:1，驗證了整體硬（yìng）質合金刀杆加工深孔的優越性。渦輪軸零（líng）件深孔加（jiā）工的壁厚差值從原來（lái）的0.08 提高到0.05。滿足設（shè）計圖紙要求。

      5結論

      經過多次試驗加工和實際應用的結果說明，采（cǎi）用整體（tǐ）硬質合金刀杆進行渦輪軸深孔加工（gōng）效果，與論證報告中預期的效果基本一致，證明了應用整體硬質（zhì）合金刀杆進行空心軸深孔加工工藝的可行性和（hé）先進性。新的深孔加（jiā）工工藝，可以保證深孔加工後的尺（chǐ）寸精度（dù）、表麵粗（cū）糙度（dù）及嚴格（gé）的壁厚差要求，其技術水平（píng）與指標均可達到國外同類航空產品的要求（qiú）。並已推廣應用在批量生（shēng）產中。自行（háng）設計（jì）研製的超長整體硬（yìng）質合（hé）金刀杆，可應（yīng）用到其它（tā）空心長軸類零件的深孔（kǒng）加工（gōng）中，並可以推（tuī）廣到國內外的相關加工領域中。