[发明专利]一种滚动轴承钢与镍基高温合金组成的轴颈的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机用零件的精密加工技术领域，具体涉及一种滚动轴承钢与镍基高温合金组成的轴颈的加工方法。

背景技术

TRENT1000型发动机中压涡轮轴颈产品的制造，为发动机转子零件，属承力关键零件。轴颈前端为发动机中压发动机轴承内套圈，与滚柱、轴承外套圈、保持器装配组成中压轴前支点。轴颈处于发动机中压涡轮前端，轴颈后段法兰与中压一级涡轮盘联接，工作温度在800度以上。为满足发动机对轴颈的性能要求，轴颈前段由滚动轴承钢制成，后段由镍基高温合金制成，两种材料焊接在一起构成轴颈组件。

轴颈前段的轴承内套圈厚度为7.5mm，轨道表面几何尺寸精度等级为IT1，圆度要求5微米，尺寸公差为15微米，表面硬度不低于57HRC。后段法兰部分为开放式复杂型腔结构，平均壁厚为4.0mm，法兰外缘和轴颈中部为迷宫式封严齿结构。该零件为航空发动机重要件，质量关系到发动机的性能及飞机安全。

若采用传统加工方法，由于为克服零件的焊接变形，焊接前的单件留有很厚的余量层，待焊后加工。高温合金加工切屑力大，过多的材料切屑过程使零件积累大量的残余应力，产生严重的加工变形，并且很难控制，直接会影响到轴承环的加工精度，会产生较多的次品或废品，严重影响成品质量和生产效率。

发明内容

针对现有国内对轴颈类产品加工制造水平，与对滚动轴承钢与镍基高温合金组成的轴颈产品技术要求存在差距的问题，本发明提供了一种滚动轴承钢与镍基高温合金组成的轴颈的加工方法。

为实现上述目的，一种滚动轴承钢与镍基高温合金组成的轴颈的加工方法，包括如下步骤：

(1)预制轴承环和法兰环半成品单件：轴承环除轴承环轨道面和前端端面外，均应制成至最终图纸状态，端面留0.2mm余量层，轴承环留0.16-0.2mm余量层，轴承环半成品做完全热处理，达到轴承环最终要求的材料性能；

法兰环半成品与最终零件轮廓留1.0mm余量层，复杂结构可做简化几何轮廓；法兰环热处理达到最终热材料性能状态；

(2)电子束焊接轴承环与法兰环：采用电子束焊能量收集装置监控，控制电子束能量均匀输入工件，形成一致的焊道，和均匀的零件收缩；

(3)X光射线检查焊缝；

(4)预制焊接后轴颈组件加工、定位基准；磨焊接组件两端面，磨轴承环外圆面，采取最小的材料去除量，修正轴颈组件焊接焊后的变形；

(5)车、铣轴组件法兰盘部分的全部型面；

(6)第二次修正轴颈组件两侧端面；

(7)精磨削轴承环面；进行最终的性能检测。

所述步骤(2)中电子束焊接参数为：高压12KV；焊接束流15.3mA-18.2mA；焊速4mm/s；聚焦电流1915mA；摆动频率80Hz；焊接重合区10s。

对成品的轴承环面轨道面做硬度检查，经检查，符合轴承环面的机械性能要求。

X光射线探伤焊缝位置，检查结果，未发现有空洞，裂纹等缺陷。

对轴承环表面做磁粉探伤，以检查轴承环表面是否存在裂纹等危害轴承环性能的缺陷；检查结果，未发现有裂纹显示。

荧光渗透检查法兰环部分，以检查法兰环是否存在裂纹等表面缺陷；检查结果，未发现法兰表面有裂纹等表面可视缺陷。

采用三坐标测量机检查加工后的轴颈几何尺寸，其检查结果完全符合预期的图纸要求，由于加工过程始终采用轴承为定位校正面，各加工表面的同轴度误差小于0.13。轴承环轨道表面圆度小于0.005mm。

采用粗糙度检测对轴承环表面进行检测，经精密磨削后的轴承环表面粗糙度达到0.2μm要求，符合轴承环轨道的机械性能要求。

本发明采用电子束技术的能量监测装置，具有焊道窄，焊接精度高的特点，达到热影响可控的目的。将难切削的滚动轴承钢预制成接近最终几何形状，解决滚动轴承钢焊接后形成复杂结构形貌后无法加工问题。仅几何精度最高的轴承环面留至焊后加工。法兰环半成品留较少材料，可通过焊后组合加工消除焊接带来的变形，又能控制切削残余应力影响零件切削变形。两次对焊后轴颈组件的前后端面磨削，可消除由于零件定位面与夹持工具面之间的不贴合间隙，防止由于夹持力导致的零件变形，保持零件在加工状态与自由状态的一致性。本发明采取先粗后精，先车、铣后磨削的加工步骤，有效地保持最好的几何加工精度。