一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法和夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)，涉及一種鈦合金材料的激光加工葉型孔的方法。其特征在于，本發(fā)明激光加工葉型孔的步驟如下：零件裝夾；加工編程；確定激光工藝參數(shù)；機(jī)床找正；進(jìn)行激光加工。本發(fā)明加工鈦合金圓環(huán)上葉型孔的夾具，其特征在于：它由夾具底座(3)、3個(gè)～6個(gè)頂塊(4)和數(shù)量與頂塊(4)相同的螺栓(5)組成。本發(fā)明提供了一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法和夾具，大大提高了加工效率，降低了加工成本。
【專利說明】一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法和夾具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)，涉及一種鈦合金材料的激光加工葉型孔的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和鈦合金圓環(huán)上的葉型孔的配合精度要求相當(dāng)高，所以對(duì)葉型孔的輪廓度和位置度精度要求也很高，這是葉型孔加工中的核心問題。圖1和圖2是某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。被加工的鈦合金圓環(huán)I的橫截面的中間形狀是一個(gè)傾斜的矩形，該矩形的左端和右端都有向下的圓弧彎邊，鈦合金圓環(huán)的右端內(nèi)孔為定位孔D，在鈦合金圓環(huán)I的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有n=60個(gè)?180個(gè)形狀相同的葉型孔2，每個(gè)葉型孔2有一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)A，X軸為過原點(diǎn)A并垂直于鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的直線，Y軸為過原點(diǎn)A并垂直于由X軸和過原點(diǎn)A的直徑所決定的平面的直線，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的距離為L(zhǎng),鈦合金圓環(huán)的壁厚為0.5mm?2mm。目前,鈦合金圓環(huán)上的葉型孔加工比較常用的方法有線切割和電火花成型。采用線切割工藝加工葉型孔需要先在每個(gè)葉型孔的位置加工出一個(gè)穿絲孔，再以此為加工葉型孔的中心開始加工，每加工一個(gè)葉型孔都需要先進(jìn)行穿絲，加工效率低、加工費(fèi)用高；而采用電火花成型工藝加工葉型孔，雖然可以較好的保證葉型孔的輪廓度和位置精度，但是加工效率仍然較低，且成型電極的損耗大，加工成本更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提供一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法和夾具，以便提高加工效率，降低加工成本。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法，被加工的鈦合金圓環(huán)I的橫截面的中間形狀是一個(gè)傾斜的矩形，該矩形的左端和右端都有向下的圓弧彎邊，鈦合金圓環(huán)的右端內(nèi)孔為定位孔D，在鈦合金圓環(huán)I的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有n=60個(gè)?180個(gè)形狀相同的葉型孔2，每個(gè)葉型孔2有一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)A，X軸為過原點(diǎn)A并垂直于鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的直線，Y軸為過原點(diǎn)A并垂直于由X軸和過原點(diǎn)A的直徑所決定的平面的直線，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的距離為L(zhǎng)，鈦合金圓環(huán)的壁厚為0.5mm?2mm，采用光纖激光器進(jìn)行葉型孔2的切割加工，其特征在于，激光加工葉型孔的步驟如下:
[0005]1、零件裝夾:先將夾具固定在激光打孔機(jī)床的工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，使夾具軸線和工作轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線同軸，再將鈦合金圓環(huán)I放置在夾具上，將鈦合金圓環(huán)I的定位孔D套在夾具底座3的定位止口 3a上并保持間隙配合，用頂塊4將鈦合金圓環(huán)I的內(nèi)圓柱面頂緊，用螺栓5將頂塊4鎖緊；
[0006]2、加工編程:根據(jù)圖紙規(guī)定的葉型孔的坐標(biāo)編制激光頭的打孔路徑并輸入激光打孔機(jī)床的控制系統(tǒng)；
[0007]3、確定激光工藝參數(shù):采用125mm鏡頭；脈沖能量為0.3J?5J ;光斑直徑為0.05mm?0.3mm ;激光頭的切割速度為30mm/min?1000mm/min ;選用氦氣或者IS氣作為輔助氣體，輔助氣體壓力為0.1Mpa?2Mpa ；
[0008]4、機(jī)床找正:調(diào)整激光打孔機(jī)床激光頭的位置，使激光束的軸線和葉型孔2的坐標(biāo)原點(diǎn)A對(duì)正；
[0009]5、進(jìn)行激光加工，完成一個(gè)葉型孔切割，然后工作轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度α =360° /η，進(jìn)行下一個(gè)葉型孔的切割，直到完成所有葉型孔的切割為止。
[0010]一種加工鈦合金圓環(huán)上葉型孔的夾具，其特征在于:它由夾具底座3、3個(gè)?6個(gè)頂塊4和數(shù)量與頂塊4相同的螺栓5組成；夾具底座3的上表面有一個(gè)圓形凸臺(tái)形成的定位止口 3a，在圓形凸臺(tái)上有沿圓周均布的螺紋孔，螺紋孔和數(shù)量與頂塊4的數(shù)量相同。頂塊4是長(zhǎng)方體，在頂塊4上有一個(gè)貫通上下表面的、沿頂塊長(zhǎng)度方向伸展的長(zhǎng)圓孔，螺栓5穿過頂塊4上的長(zhǎng)圓孔后擰進(jìn)夾具底座3圓形凸臺(tái)上的螺紋孔內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:提供了一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法和夾具，大大提高了加工效率，降低了加工成本。本發(fā)明屬于非接觸加工，精度高、速度快、環(huán)境污染小、無需更換刀具，特別適合傳統(tǒng)工藝難以加工的鈦合金材料的加工。試驗(yàn)證明，本發(fā)明不僅徹底解決了鈦合金圓環(huán)葉型孔加工周期長(zhǎng)的難題，也滿足了葉型孔的高精度要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是鈦合金圓環(huán)上葉型孔的放大展開圖。
[0014]圖3是用于本發(fā)明方法的加工鈦合金圓環(huán)上葉型孔的夾具結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1至圖3，一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法，被加工的鈦合金圓環(huán)I的橫截面的中間形狀是一個(gè)傾斜的矩形，該矩形的左端和右端都有向下的圓弧彎邊，鈦合金圓環(huán)的右端內(nèi)孔為定位孔D,在鈦合金圓環(huán)I的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有n=60個(gè)?180個(gè)形狀相同的葉型孔2，每個(gè)葉型孔2有一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)A，X軸為過原點(diǎn)A并垂直于鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的直線，Y軸為過原點(diǎn)A并垂直于由X軸和過原點(diǎn)A的直徑所決定的平面的直線，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的距離為L(zhǎng)，鈦合金圓環(huán)的壁厚為0.5mm?2_，采用光纖激光器進(jìn)行葉型孔2的切割加工，其特征在于，激光加工葉型孔的步驟如下:
[0016]1、零件裝夾:先將夾具固定在激光打孔機(jī)床的工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，使夾具軸線和工作轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線同軸，再將鈦合金圓環(huán)I放置在夾具上，將鈦合金圓環(huán)I的定位孔D套在夾具底座3的定位止口 3a上并保持間隙配合，用頂塊4將鈦合金圓環(huán)I的內(nèi)圓柱面頂緊，用螺栓5將頂塊4鎖緊；
[0017]2、加工編程:根據(jù)圖紙規(guī)定的葉型孔的坐標(biāo)編制激光頭的打孔路徑并輸入激光打孔機(jī)床的控制系統(tǒng)；
[0018]3、確定激光工藝參數(shù):采用125mm鏡頭；脈沖能量為0.3J?5J ;光斑直徑為
0.05mm?0.3mm ;激光頭的切割速度為30mm/min?1000mm/min ;選用氦氣或者IS氣作為輔助氣體，輔助氣體壓力為0.1Mpa?2Mpa ；[0019]4、機(jī)床找正:調(diào)整激光打孔機(jī)床激光頭的位置，使激光束的軸線和葉型孔2的坐標(biāo)原點(diǎn)A對(duì)正；
[0020]5、進(jìn)行激光加工，完成一個(gè)葉型孔切割，然后工作轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度α =360° /η，進(jìn)行下一個(gè)葉型孔的切割，直到完成所有葉型孔的切割為止。
[0021]一種加工鈦合金圓環(huán)上葉型孔的夾具，其特征在于:它由夾具底座3、3個(gè)?6個(gè)頂塊4和數(shù)量與頂塊4相同的螺栓5組成；夾具底座3的上表面有一個(gè)圓形凸臺(tái)形成的定位止口 3a，在圓形凸臺(tái)上有沿圓周均布的螺紋孔，螺紋孔和數(shù)量與頂塊4的數(shù)量相同。頂塊4是長(zhǎng)方體，在頂塊4上有一個(gè)貫通上下表面的、沿頂塊長(zhǎng)度方向伸展的長(zhǎng)圓孔，螺栓5穿過頂塊4上的長(zhǎng)圓孔后擰進(jìn)夾具底座3圓形凸臺(tái)上的螺紋孔內(nèi)。
[0022]實(shí)施例1，
[0023]某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金圓環(huán),鈦合金圓環(huán)的右端的定位孔D=1200mm,在鈦合金圓環(huán)I的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有80個(gè)形狀相同的葉型孔2，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的距離為L(zhǎng)=12.8mm，鈦合金圓環(huán)的壁厚為0.8mm，激光加工葉型孔的步驟如下:
[0024]1、零件裝夾:先將夾具固定在激光打孔機(jī)床的工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，使夾具軸線和工作轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線同軸，再將鈦合金圓環(huán)I放置在夾具上，將鈦合金圓環(huán)I的定位孔D套在夾具底座3的定位止口 3a上并保持間隙配合，用頂塊4將鈦合金圓環(huán)I的內(nèi)圓柱面頂緊，用螺栓5將頂塊4鎖緊；
[0025]2、加工編程:根據(jù)圖紙規(guī)定的葉型孔的坐標(biāo)編制激光頭的打孔路徑并輸入激光打孔機(jī)床的控制系統(tǒng)；
[0026]3、確定激光工藝參數(shù):采用125mm鏡頭；脈沖能量為0.9J ;光斑直徑為0.08mm ;激光頭的切割速度為80mm/min ;選用氦氣作為輔助氣體,輔助氣體壓力為0.4Mpa ；
[0027]4、機(jī)床找正:調(diào)整激光打孔機(jī)床激光頭的位置，使激光束的軸線和葉型孔2的坐標(biāo)原點(diǎn)A對(duì)正；
[0028]5、進(jìn)行激光加工，完成一個(gè)葉型孔切割，然后工作轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度α=4.5°，進(jìn)行下一個(gè)葉型孔的切割，直到完成所有葉型孔的切割為止。
[0029]實(shí)施例2，
[0030]某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金圓環(huán),鈦合金圓環(huán)的右端的定位孔D=800mm,在鈦合金圓環(huán)I的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有60個(gè)形狀相同的葉型孔2，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的距離為L(zhǎng)=Il.2mm，鈦合金圓環(huán)的壁厚為0.6mm，激光加工葉型孔的步驟如下:
[0031]1、零件裝夾:先將夾具固定在激光打孔機(jī)床的工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，使夾具軸線和工作轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線同軸，再將鈦合金圓環(huán)I放置在夾具上，將鈦合金圓環(huán)I的定位孔D套在夾具底座3的定位止口 3a上并保持間隙配合，用頂塊4將鈦合金圓環(huán)I的內(nèi)圓柱面頂緊，用螺栓5將頂塊4鎖緊；
[0032]2、加工編程:根據(jù)圖紙規(guī)定的葉型孔的坐標(biāo)編制激光頭的打孔路徑并輸入激光打孔機(jī)床的控制系統(tǒng)；
[0033]3、確定激光工藝參數(shù):采用125mm鏡頭；脈沖能量為0.7J ;光斑直徑為0.09mm ;激光頭的切割速度為70mm/min ;選用氦氣作為輔助氣體，輔助氣體壓力為0.3Mpa ；
[0034]4、機(jī)床找正:調(diào)整激光打孔機(jī)床激光頭的位置，使激光束的軸線和葉型孔2的坐標(biāo)原點(diǎn)A對(duì)正；[0035]5、進(jìn)行激光加工，完成一個(gè)葉型孔切割，然后工作轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度α=6°，進(jìn)行下一個(gè)葉型孔的切割，直到完成所有葉型孔的切割為止。
[0036]實(shí)施例3，
[0037]某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金圓環(huán)，鈦合金圓環(huán)的右端的定位孔D=1600mm，在鈦合金圓環(huán)I的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有120個(gè)形狀相同的葉型孔2，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)I右端口所在平面的距離為L(zhǎng)=14.5mm，鈦合金圓環(huán)的壁厚為1.2mm，激光加工葉型孔的步驟如下:
[0038]1、零件裝夾:先將夾具固定在激光打孔機(jī)床的工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，使夾具軸線和工作轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線同軸，再將鈦合金圓環(huán)I放置在夾具上，將鈦合金圓環(huán)I的定位孔D套在夾具底座3的定位止口 3a上并保持間隙配合，用頂塊4將鈦合金圓環(huán)I的內(nèi)圓柱面頂緊，用螺栓5將頂塊4鎖緊；
[0039]2、加工編程:根據(jù)圖紙規(guī)定的葉型孔的坐標(biāo)編制激光頭的打孔路徑并輸入激光打孔機(jī)床的控制系統(tǒng)；
[0040]3、確定激光工藝參數(shù):采用125mm鏡頭；脈沖能量為1.6J ;光斑直徑為0.1mm ;激光頭的切割速度為100mm/min ;選用氬氣作為輔助氣體，輔助氣體壓力為0.9Mpa ；
[0041]4、機(jī)床找正:調(diào)整激光打孔機(jī)床激光頭的位置，使激光束的軸線和葉型孔2的坐標(biāo)原點(diǎn)A對(duì)正；
[0042]5、進(jìn)行激光加工，完成一個(gè)葉型孔切割，然后工作轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度α=3°，進(jìn)行下一個(gè)葉型孔的切割，直到完成所有葉型孔的切割為止。
【權(quán)利要求】
1.一種在鈦合金圓環(huán)上加工葉型孔的方法，被加工的鈦合金圓環(huán)(1)的橫截面的中間形狀是一個(gè)傾斜的矩形，該矩形的左端和右端都有向下的圓弧彎邊，鈦合金圓環(huán)的右端內(nèi)孔為定位孔D,在鈦合金圓環(huán)(1)的外圓臺(tái)面上沿圓周均布有n=60個(gè)~180個(gè)形狀相同的葉型孔(2)，每個(gè)葉型孔(2)有一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)A，X軸為過原點(diǎn)A并垂直于鈦合金圓環(huán)(1)右端口所在平面的直線，Y軸為過原點(diǎn)A并垂直于由X軸和過原點(diǎn)A的直徑所決定的平面的直線，原點(diǎn)A到鈦合金圓環(huán)(1)右端口所在平面的距離為L(zhǎng)，鈦合金圓環(huán)的壁厚為0.5mm~2mm，采用光纖激光器進(jìn)行葉型孔(2)的切割加工，其特征在于，激光加工葉型孔的步驟如下: 1.1、零件裝夾:先將夾具固定在激光打孔機(jī)床的工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，使夾具軸線和工作轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線同軸，再將鈦合金圓環(huán)(1)放置在夾具上，將鈦合金圓環(huán)(1)的定位孔D套在夾具底座(3)的定位止口(3a)上并保持間隙配合，用頂塊(4)將鈦合金圓環(huán)(1)的內(nèi)圓柱面頂緊，用螺栓(5)將頂塊⑷鎖緊； 1.2、加工編程:根據(jù)圖紙規(guī)定的葉型孔的坐標(biāo)編制激光頭的打孔路徑并輸入激光打孔機(jī)床的控制系統(tǒng)； 1.3、確定激光工藝參數(shù):采用125mm鏡頭；脈沖能量為0.3J~5J;光斑直徑為0.05mm~0.3mm ;激光頭的切割速度為30mm/m1n~1000mm/m1n ;選用氦氣或者1S氣作為輔助氣體，輔助氣體壓力為0.1Mpa~2Mpa ； 1.4、機(jī)床找正:調(diào)整激光打孔機(jī)床激光頭的位置，使激光束的軸線和葉型孔(2)的坐標(biāo)原點(diǎn)A對(duì)正； 1.5、進(jìn)行激光加工，完成一個(gè)葉型孔切割，然后工作轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度α=360° /η，進(jìn)行下一個(gè)葉型孔的切割，直到完成所有葉型孔的切割為止。
2.—種加工鈦合金圓環(huán)上葉型孔的夾具，其特征在于:它由夾具底座(3)、3個(gè)~6個(gè)頂塊(4)和數(shù)量與頂塊(4)相同的螺栓(5)組成；夾具底座(3)的上表面有一個(gè)圓形凸臺(tái)形成的定位止口(3a)，在圓形凸臺(tái)上有沿圓周均布的螺紋孔，螺紋孔和數(shù)量與頂塊(4)的數(shù)量相同。頂塊(4)是長(zhǎng)方體，在頂塊(4)上有一個(gè)貫通上下表面的、沿頂塊長(zhǎng)度方向伸展的長(zhǎng)圓孔，螺栓(5)穿過頂塊(4)上的長(zhǎng)圓孔后擰進(jìn)夾具底座(3)圓形凸臺(tái)上的螺紋孔內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B23K26/384GK103894744SQ201410140638
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】耿軍儒, 張立輝, 朱紅鋼, 豐雷明, 李文濤, 溫嶸, 王輝明, 魏穎 申請(qǐng)人:西安航空動(dòng)力股份有限公司