在航空發動機的研發制造過程中，其核心目標始終是實現更高的推力輸出、更優的運行效率以及更低的燃油消耗。為實現上述目標，通常需要提升渦輪前進口溫度，并盡可能控制轉子與靜子部件之間的配合間隙。然而，在給定結構與材料條件下，渦輪前溫度的提升存在明確上限，因此，通過氣路封嚴技術來減小壓氣機與渦輪中葉尖和機匣間的間隙，便成為提升發動機綜合性能的關鍵途徑。其中，可磨耗封嚴涂層因其制備工藝相對簡單、維護與性能調控便捷、封嚴效果顯著且工作穩定性高等突出優點，獲得了廣泛的應用。文章通過對零件的結構及功能進行分析，確保封嚴裝置密封性能及產品加工的質量，從工藝方法、工裝夾具、刀具等方面進行研究，保證零件達到設計要求。

1、結構特點

1 支點前封嚴裝置安裝于風扇軸大端處。通過封嚴涂層與封嚴齒之間的間隙達到封油的目的。1 支點前封嚴裝置由熱等靜壓工藝精密鑄造，經退火處理，再經過機械加工后，在內孔封嚴部分噴涂可磨耗性的鍍層材料，從而達到封油的目的。

1 支點前封嚴裝置大端面設有 3 處 Φ28+0.033 0 mm 精密孔，其位置度公差要求為 0.03mm，且大端安裝面設定為所有軸向尺寸的設計基準。鑄件易出現夾渣、局部壁厚不足等缺陷，進一步造成零件合格率偏低。此外，內孔涂層的性能穩定性及尺寸精度直接影響組件的密封可靠性，因此，提升精密尺寸加工質量與涂層質量穩定性是該零件制造過程中需解決的核心技術難題。

2、難點分析

2.1 精密孔位置度及過盈螺紋孔質量難以保證

零件端面設有 3 處精密孔，其加工深度較深且切削余量較大，刀具性能穩定性對零件加工質量具有直接影響。在鉆削螺紋孔底孔過程中，加工面臨的技術挑戰包括：加工區域易產生高溫、刀尖與工件接觸面積小導致應力集中、切屑排出困難，且工藝參數窗口狹窄，上述因素共同加劇了加工過程的不穩定性，進而引發工件變形及刀具燒損等問題。此外，零件大端面設有 10 處 DG6 規格的過盈配合螺紋，其有效深度為 14mm，長徑比較大，且螺紋加工公差要求嚴苛，裝配前需對螺紋進行分組選配，與對應規格螺栓實現精準配合，每組公差帶僅為 0.015mm，進一步提升了加工難度。加工過程中易出現螺紋垂直度超差問題，導致無法滿足裝配緊度要求。

2.2 噴涂層質量不佳

設計要求明確噴涂前內孔預留尺寸需較噴涂后涂層最終成型尺寸單邊大 0.3mm，該預留量用于后續車削修整以保障內孔最終精度；但由于噴涂區域的保護帶設計導致涂層粘結面積有限，且涂層設定厚度較小，使得保護帶區域涂層與基體的界面黏結強度不足，同時薄涂層自身抗裂性能較弱，這兩大因素共同作用下，在后續車削去除多余涂層的加工過程中，保護帶表面的涂層易因切削力作用產生應力集中，進而頻繁出現涂層剝離、微裂紋擴展甚至整體開裂的問題，嚴重影響涂層完整性與零件加工合格率。

3、工藝優化

3.1 精密孔及螺紋孔加工技術

鈦合金在鉆孔過程中容易因高溫聚集而導致刀具燒損，并伴隨積屑瘤的產生，進而引起零件尺寸超差與孔壁表面粗糙等問題。為提升孔加工的質量和效率，可從以下關鍵方面進行優化。

通過對不同材質鉆頭的試驗比較發現，超細晶粒硬質合金鉆頭在加工鈦合金時刃口保持鋒利、磨損程度較低，能顯著提升加工效率，是較為理想的刀具選擇。如條件受限，也可選用 M42 或 B201 等牌號的高速鋼鉆頭或普通硬質合金鉆頭。

此外，采用適配鈦合金材料特性的冷卻方式，實施充分有效的冷卻，有助于延長刀具使用壽命，也能進一步提高整體加工效率。加工螺紋時采用頂尖頂緊絲錐尾部的中心孔，并使用攻絲模保證螺紋孔的垂直度要求。保證絲錐鋒利，避免由于頭部磨損嚴重，造成螺紋孔呈現錐度，而安裝不到位。有效地解決了螺紋質量加工不穩定，操作方便，能一次性將螺栓安裝到位，防止多次調整螺栓安裝不到位或螺栓斷裂，造成零件報廢。

3.2 噴涂層質量控制優化

3.2.1 涂層應力測試技術

該試驗主要目的是獲得低應力的銀銅合金涂層。無論采用新的工藝方法還是在現有工藝基礎上進行改進或對涂層進行后處理，準確直觀地確定涂層應力狀態是本次試驗的關鍵。

文章參考 Almen 試驗基本方法，采用剝離法確定涂層應力，具體操作方式為在規格為 100mm×50mm×5mm 的試板端面噴涂涂層，試板規格如� 2 所示，噴涂好的試樣達到規定厚度時用刀片將涂層從試板表面剝離，測量涂層變形程度。需要進行涂層后處理時，涂層隨試板一起處理，然后再剝離測量涂層變形程度。

該方法的優點是不需要測量涂層具體的殘余應力值，不需要考慮涂層種類，不需要考慮如粘貼應變片的方法在熱噴涂過程中涂層變形對內應力的影響，根據涂層變形程度直接可獲得殘余應力對涂層應力的影響程度。

測量方法，如圖 3 所示，在 100mm×100mm 的基板上固定兩個 Φ6mm 圓柱，兩個圓柱中心距為 60mm，與兩個圓柱同方向相切的直線定義為初試線，初試線中心兩側標刻度線，如圖 4 所示。由于剝離下來的涂層強度較低，該測量方法不適合用百分表，用目視確定圓弧高度并記錄。試驗采用 AUTOCAD 軟件 1:1 打印，在打印紙上對照測量圓弧高度。

3.2.2 涂層應力分析與控制方法研究

為了減小甚至消除涂層參與熱應力對涂層質量的影響，必須掌握合理的工藝方法。根據涂層應力特點及現有工藝方法，對涂層殘余應力可采取以下工藝方法：

(1) 應力平衡技術。應力平衡技術是在涂層表面用特定的工藝方法改變涂層應力狀態，使涂層表面呈壓應力，涂層整體達到拉應力與壓應力平衡狀態。如圖 5 所示，采用適當的工藝方法，使涂層表面由拉應力狀態向相反方向發生改變，即向壓應力狀態發生變化。隨著作用力度的增加，涂層整體可呈現三種不同狀態。

(2) 應力消減。涂層殘余熱應力大小與涂層厚度有直接關系，涂層厚度越大殘余熱應力越大，應力削減是通過減小涂層厚度降低涂層殘余熱應力。通常除設計過程中減小涂層厚度以外，噴涂完成后迅速進行機械加工是控制涂層應力的有效手段。

4、加工效果

通過對 1 支點前封嚴裝置加工全過程的探索與研究，形成了大型鈦合金鑄件精密加工技術體系：其一，通過優化加工工藝方案、刀具選型及裝夾定位方式，有效解決了精密孔位置度偏差問題；其二，采用高性能加工設備實施多工序集中加工，從根本上解決了多次裝夾帶來的定位累積誤差等關鍵問題，該技術方案實現了復雜難題的簡化處理，具備良好的工程可實施性。對該零件成品進行全面檢測驗證，結果表明，前文所述的各類加工質量問題均得到有效攻克，各關鍵特性尺寸均穩定處于合格范圍之內，同時顯著提升了零件整體加工質量與可靠性。

5、結論

綜上所述，文章以 1 支點前封嚴裝置這一大型鈦合金鑄件為研究對象，針對其制造過程中精密加工與噴涂質量兩大核心瓶頸開展系統性工藝優化研究。在機械加工環節，通過重構加工工藝路線、優化刀具選型與裝夾定位方案，精準解決了精密孔位置的偏差問題；在噴涂及后續加工環節，通過優化噴涂前預留量設計、改進保護帶涂層制備工藝，有效增強了涂層與基體的界面結合強度，徹底解決了車削修整時保護帶涂層開裂的頑疾。此次研究形成的大型鈦合金鑄件精密加工與噴涂質量控制技術方案，為同類復雜鈦合金構件的制造提供了可借鑒的工程經驗，具備重要的實際應用價值與推廣意義。

參考文獻

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[2] 楊振朝，張定華，姚倡鋒，等.TC4 鈦合金高速銑削參數對表面完整性影響研究 [J]. 西北工業大學學報，2009,27 (4):538-543.

[3] 徐濱士，朱紹華。表面工程的理論與技術 (第 2 版)[M]. 北京：國防工業出版社，2010.

（注，原文標題：鑄造鈦合金機械加工及噴涂質量控制技術研究_王家寶）

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