徐蛟龙 辛明明 周吉
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066
摘要：叶片是航空发动机中的重要零件,它在航空发动机能量转换中起着关键的作用。本文主要介绍了辊轧成形工艺，以及某弹用小型发动机静子叶片冷轧加工现状及改进措施。
关键词：静子叶片；辊轧成形；改进措施；
1.概述
发动机是所有飞行器的动力来源，发动机的性能是决定飞行器性能的重要因素之一。发动机制造技术是一个国家综合技术水平和能力的标志，甚至是一个国家综合国力的体现。发动机叶片制造精度决定着发动机推重比等重要性能指标。
对于高压压气机静子叶片的制造方式主要为锻坯精密模锻成形，车、铣加工，磨削并手工抛光叶身型面。但是这种生产方式材料利用率低、生产周期长、工序复杂、效率较低。同时由于叶身薄，型面扭曲较大，进排气边缘半径尺寸公差十分严格，用传统的加工方法已经不能满足该型叶片的生产要求。而辊轧工艺是通过旋转的辊轧模具将平板坯料辊锻成所需要的型面，它具有良好的组织性能，同时加工周期短，效率高，非常适合压气机类单一榫头或者无榫头叶片的加工。
2.辊轧成形技术发展概况
辊轧是一种特种锻压技术，是锻造的工艺方法之一。因此，我们常说的辊轧，严格的讲应称为辊锻。辊轧是使通过旋转的模具将坯料辊锻挤压，使其依据模具型面形状产生塑性变形，从而获得所需型面尺寸的锻件的一种锻压工艺方法。辊轧工艺可以加工出进排气边缘半径很小的叶片，并且加工工序少，成本低。辊轧之后的叶片组织性能较好，可以获得良好的组织性能。我厂通常称此种工艺为冷辊轧成形，简称冷轧。
国外从二十世纪六十年代开始采用辊轧工艺，苏联率先在某大修机采用辊轧叶片。国外辊轧之后叶片的叶型精度最高可达0.03mm~0.05mm。二十世纪七十年代以来国内辊轧技术的迅速发展，从 1968 年开始辊轧技术相应应用在压气机转子和整流叶片上，经过十几年的技术改进，涡喷发动也开始采用辊轧叶片，之后又陆续扩展到民机项目。在八十年代，吉林大学建立了辊轧工艺研究所开始对辊轧工艺进行研究。
3.辊轧成形工艺
辊轧是一种锻压变形的工艺方法，它遵循金属塑性变形的一般原理。辊轧叶片时将单榫头或无榫头叶片放置于随轧辊滚动的盆、背模具之间，通过盆、背模具的辊轧使叶身局部连续成形。在辊轧过程中，叶片毛料厚度方向上被模具压缩，减少的高度称为辊轧变形量，也称为压下量。在叶片毛料宽度方向上由于金属挤压流动使宽度增加，称为展宽。在叶片长度方向上，金属同时向前和向后流动，此时存在一个金属流动阻力相等的面，即金属流动的分界面，辊轧上称为中性面或者临界面。在中性面前面的区域称为前滑区，金属质点相对于轧辊向前运动，叶片毛料在该处的出口速度大于轧辊的线速度，这种现象叫做前滑。在中性面后面的区域称为后滑区，金属质点相对于轧辊向后运动，叶片毛料在该处的出口速度小于轧辊的线速度，这种现场称为后滑。示意图见图 1-1。由于榫头内缘面不垂直于叶身中心线，截面大于叶身根部截面，在模具开始咬入叶身根部时，进排气边缘不能同时轧制，这时会引起侧弯，如图 1-2。从而影响叶片的型面轧制精度。所以在辊轧过程中对机床调整以消除影响。
辊轧成形之后叶片内部存在大量的附加应力，主要是因为在辊压过程中叶片由于受力和变形是不均匀的，导致叶片各部分的变形量和变形情况均出现差异。有的部分流动快，有的部分流动慢。但叶片本身是一个整体，各晶粒之间必然相互影响，相互制约。在力学上表现为流动快的部分对流动慢的部分起拉力作用，而流动快的部分则要受到来自慢的部分给予的压力作用。这种由于叶片各部分之间的不均匀流动和叶片的整体性的原因而在其内部产生的互相平衡的内里，称为附加应力。
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图1-1 辊轧变形区示意图
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图1-2 叶片侧弯示意图
叶片在辊轧时不仅沿叶型各处变形程度不等，同时由于内外流动阻力不同，在同一厚度处，表面和内部的变形程度也不一样。沿叶片纵向，则表现为中间流动快，表面流动慢，流动慢的金属使流动快的金属受到阻力。因而表层金属受到拉应力，易形成裂纹。为减少流动的不均匀性，应当加强润滑，减少表面阻力，降低摩擦，使金属流动趋于均匀。
4静子叶片辊轧工艺流程及应注意的问题
一个完整的冷塑成型工艺流程须经过落料、冷轧机初轧、去应力退火、冷轧机半精扎、再次退火、剪毛边、振动光饰、冷轧机精扎、再次振动光饰、洗涤、取形、抛光、荧光探伤等工序。辊轧工艺应注意如下问题
（1）毛料要有足够的压下量；
（2）变形量与轧制次数对叶片的影响；
（3）前滑理论与后滑理论对叶片的影响；
（4）扭转回弹的产生及影响；
（5）中间退火与氧化污染的清除；
（6）叶片安装误差对辊轧精度影响；
（7）上下轧模的平均线速度应平衡。
5静子叶片加工现状
在实际的生产过程中由于工艺水平不适应、叶片质量状态不稳定、合格率低、叶型深弯处边缘卡点较大、设备精度低、模具人工修理周期长等问题，影响产品质量和产品的可靠性。该型机静子叶片型面公差及位置公差超差较多，积叠点位置度超差-0.4～0.4mm，扭转超差1°，进排气边轮廓度超差0.03，叶盆叶背轮廓度超差0.02，进、排气边存在平头、偏头和尖边问题。
6静子叶片工艺改进措施
6.1优化模具修理过程，明确每道轧制工序后叶身厚度余量。
6.2改进叶片弦长余量控制。精轧前对弦长余量进行控制，弦长单边留0.3～0.5的余量，保证加工前、尾缘圆弧形状后全弦尺寸满足图纸要求。
6.3改进前尾缘圆弧形状控制工艺。不再采用人工抛修前尾缘的方式，而是采用振动光饰完成前、尾缘形状控制。目前分别采用三坐标扫描测量和边缘投影仪检测的方式确认了试验结果，前尾缘达到了圆弧形状且一致性较好。
7总结
本文主要对辊轧成形理论以及辊轧工艺应注意的问题进行了分析，并对我厂静子叶片冷轧加工能力及改进措施进行了总结。后续还需进一步研究加工方案，主要研究方面如下： （1）增加试验零件数量，确认加工及调整过程的稳定性。继续优化加工方案。
（2）检测原工艺方案辊轧叶片和新工艺方案辊轧加工叶片表面的残余应力及叶片纤维方向，分析加工过程规律。
（3）分析热处理过程，热处理时应注意摆放方式，提高热处理均匀性，对过程进行优化。
参考文献
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[2] 姜忠立，赵燕，李云峰．钛合金叶片冷轧工艺应注意的几个问题[C]// 第四届中国航空学会青年科技论坛文集．北京：航空工业出版社
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