一種整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，其主要內(nèi)容為，將整體葉盤的坯體按葉片葉尖向上地固定于五軸數(shù)控機床工作臺上，將整體葉盤坯體沿葉盤葉片積疊軸方向從上向下按0.05～0.15mm層高分層；用同一把以兩刃進行粗銑削加工、四刃用于精銑削加工的球鼻形狀結(jié)構(gòu)的四刃銑刀，先對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)型面流道進行粗銑削加工，再對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)葉型面進行精銑削加工，本層葉盤型面全部加工完之后，再加工下一層葉盤結(jié)構(gòu)型面，直至整個葉盤從葉片葉尖至葉根分層加工出整個葉盤的結(jié)構(gòu)型面。采用本發(fā)明對整體葉盤結(jié)構(gòu)型面進行銑削加工，大大提高了整體葉盤結(jié)構(gòu)型面的加工質(zhì)量和加工生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機葉盤制造加工技術(shù)，特別涉及一種整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，航空發(fā)動機出現(xiàn)了一種整體結(jié)構(gòu)的葉盤，取代傳統(tǒng)裝配結(jié)構(gòu)的葉盤。整體葉盤結(jié)構(gòu)復雜，加工精度要求高，尤其是葉片工作表面為空間自由曲面，形狀極為復雜，特別是為適應其高壓、高轉(zhuǎn)速的工作條件，其材質(zhì)廣泛采用鈦合金、鈦基復合材料、鈦鋁化物復合材料等難以切削加工的復合材料，整體葉盤結(jié)構(gòu)型面可加工性極差。
[0003]目前整體葉盤的制造技術(shù)主要采用復合制造工藝，即先采用三軸機床對葉片間流道進行開粗，其后在使用五軸機床進行葉片的粗銑、半精銑及精銑，該加工工藝方法存在以下缺點:
[0004]1)加工效率低，周期長。粗加工主要是進行葉型間的開槽及流道加工，大約有80 %的材料被切除，粗加工時，主要分為兩步，第一步為開槽加工，開槽的目的在于將葉片間的氣道開通，形成通道，為粗加工做好準備，一般使用三軸機床進行。開槽占用了大量工時，在整個粗加工過程中，設(shè)備的有效利用率卻不到60% ;第二步為葉型粗加工，主要目的是去除三軸機床不能加工的余量；粗加工完成后葉型需保留1.5?1.8_的余量，這樣就造成葉型間的空間更為狹小，同時導致刀具的可達性更差，刀具直徑選擇空間更小，唯有使用小刀具進行加工，此時只能采用低轉(zhuǎn)速低進給，使得粗加工周期長。粗加工時間與精加工時間比平均約為10:lo
[0005]2)精加工時，葉片為變截面扭曲結(jié)構(gòu)，葉展長、葉片薄，造成葉片葉尖處剛性極差，切削力作用在葉展的端頭，極易產(chǎn)生彈性變形并同時伴隨著振顫，很難保證尺寸，不同刀位對于薄葉片的加工及回彈影響也不一樣，可直接導致厚度尺寸超差；而加工振顫可導致葉片表面產(chǎn)生振紋，并且容易使刀具崩刃，嚴重影響葉片表面質(zhì)量。
[0006]3)大多數(shù)整體葉盤的葉型在進、排氣邊緣厚度僅為0.2?0.3mm,精加工進行時，葉片無強度依靠，在前后緣處，容易出現(xiàn)過切、尖邊、縮勁、鈍邊等現(xiàn)象。造成零件尺寸超差甚至報廢。
[0007]4)進行半精及精加工時，曲面受力變形受多種因素的影響，直接對其進行分析極其困難。因此采取在葉片通道間灌注建筑用膠的方法，以此來改變零件的阻尼特性，降低葉片的振顫；但事實上，在灌注建筑用膠時，因操作人員而定，不同的操作人員灌注的質(zhì)量不一致，甚至同一操作人員灌注的不同葉型，其質(zhì)量也不統(tǒng)一，而且建筑用膠中含有有色金屬，對鈦合金產(chǎn)生污染。
[0008]因此，傳統(tǒng)的機械加工方法已難以勝任，必須探索新的加工工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有工藝方法的不足之處，提供一種全新的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，以提高整體葉盤結(jié)構(gòu)型面的加工質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0010]本發(fā)明的基本思想是將現(xiàn)有技術(shù)先采用三軸機床對葉片間流道進行開粗，后使用五軸機床對葉片依次進行粗銑、半精銑及精銑完成整體葉盤結(jié)構(gòu)型面的全部加工，變?yōu)椴捎靡慌_五軸機床使用一把銑刀分層完成同一層高內(nèi)的全部整體葉盤結(jié)構(gòu)型面的粗、精加工，將葉片間流道開粗、葉片粗銑合并為葉盤結(jié)構(gòu)型面的粗加工，葉片的半精銑及精銑合并為葉盤結(jié)構(gòu)型面的精加工，依次完成整體葉盤結(jié)構(gòu)型面的加工。
[0011]本發(fā)明提供的一種整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，其內(nèi)容主要包括，將整體葉盤的還體按葉片葉尖向上地固定于五軸數(shù)控機床工作臺上，將整體葉盤還體沿葉片積疊軸方向從上向下按0.05?0.15mm層高分層，用同一把以兩刃進行粗銑削加工、四刃用于精銑削加工的球鼻形狀結(jié)構(gòu)的四刃銑刀，先對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)型面流道進行粗銑削加工，再對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)葉型面進行精銑削加工，本層葉盤型面全部加工完之后，再加工下一層葉盤結(jié)構(gòu)型面，直至整個葉盤從葉片葉尖至葉根分層加工出整個葉盤的結(jié)構(gòu)型面。
[0012]在本發(fā)明的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法中，本層高的葉片進氣邊、排氣邊和中部粗加工后留存精加工的余量最好相等。
[0013]在本發(fā)明的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法中，銑削加工的刀具轉(zhuǎn)速最好控制在5000?7640r/min的范圍。
[0014]在本發(fā)明的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法中，所述球鼻形狀結(jié)構(gòu)的四刃銑刀的結(jié)構(gòu)為，兩個對稱的螺旋體磨制成球形結(jié)構(gòu)的銑削刀刃，用于葉盤結(jié)構(gòu)型面的粗銑加工，另外兩個對稱的螺旋體上分別加工出一臺階，于臺階螺旋體上磨制出銑削刀刃，用于葉盤結(jié)構(gòu)型面的精銑加工，整個刀頭的端部呈球鼻形狀。用于精加工的兩個臺階型銑削刀刃，其臺階高最好控制在為0.8?1.5_。用于精加工的臺階型銑削刀刃的切削角小于用于粗加工的銑削刀刃的切削角。
[0015]本發(fā)明所述的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝，是一種等高截面加工工藝方法，是 申請人:獨創(chuàng)的一種加工整體葉盤結(jié)構(gòu)型面的工藝，采取將葉型按不同的加工步距分為若干個分層，在每個分層的加工中，先進行葉型流道間的粗銑加工，在粗銑加工完成后，立即進行葉型的精銑加工，此時，由于葉型通道間的坯料尚未去除，且粗、精銑加工的部位距未進行粗、精銑加工的根部距離很小，這樣保證了葉型加工部位擁有足夠的強度，因此，不需要在葉型通道間填充膠泥增加葉片加工強度來完成葉型粗、精銑加工，這不但省去了填充膠泥增加葉片加工強度的工序，也提高了加工效率。本發(fā)明利用整體葉盤自身結(jié)構(gòu)進行葉型加工，較之填充膠泥進行葉型加工，由于加工成型的葉片與被去除的材料為一體，不存在填充縫隙，加工中產(chǎn)生的振動由將被切削去除的材料吸收，因此不會在已加工的表面產(chǎn)生振動，已加工成型的葉片型面不會出現(xiàn)由于加工振顫導致葉片表面振紋的產(chǎn)生。
[0016]本發(fā)明所述整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝的提出，充分考慮到了對于一個葉型的銑削加工，葉片的進、排氣邊處銑削加工去除的余量總是要大于葉型中部，因此，采用現(xiàn)有技術(shù)的葉盤整體銑削工藝，很容易造成進、排氣邊處承受的切削力更大。所以本發(fā)明在考慮銑削工藝時，考慮先將進、排氣邊處的大余量去除，以此來保證葉型在銑削過程中，所有接觸點的切削力無較大變化。
[0017]本發(fā)明所述的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝，在工藝設(shè)計時還充分考慮到了，在整體葉盤粗銑加工過程中，總的要求是刀具在切削時能夠與零件有較大的接觸面積，以達到大余量去除；而在精加工中，為減小切削力帶來的振動，要求刀具切削刃越鋒利越好，并且在加工中與零件接觸面積要小。因此，本發(fā)明在一個分層的加工中使用的是粗、精銑交替加工，如果在加工中，粗銑與精銑使用的是不同的刀具，則加工過程中，機床會總是不停的去換刀，這樣的方法無法保證零件的質(zhì)量，其加工效率更無從提高，為此，特別設(shè)計了一種新結(jié)構(gòu)的銑刀。該銑刀是在傳統(tǒng)的四刃球形刀具的基礎(chǔ)上進行的改進，對其中兩刃進行了改進設(shè)計，其刀頭端部構(gòu)造類似于圓鼻形狀，即通過在兩對稱的刀刃上加工出約1mm臺階形成；在粗銑削加工時，刀具主要是使用兩個球頭刃，球刃與零件有足夠大的接觸面積，刀具產(chǎn)生較小的振動，零件承受的切削力也較小。在精加工中，四個切削刃全部參與切削，其中兩個臺階刃在加工中具有足夠的鋒利程度，刀具越鋒利，產(chǎn)生的切削力越小，相應的零件產(chǎn)生的變形就越??；另外兩個球頭刃在加工中與零件接觸面積較大，有助于提高葉型的表面光潔度。
[0018]本發(fā)明具有以下十分突出的有益技術(shù)效果:
[0019]1、試驗表明，對于材料、結(jié)構(gòu)均相同的整體葉盤，采用本發(fā)明所述方法完成粗加工與傳統(tǒng)加工方法相比，加工周期得到了極大的縮短，粗加工與精加工時間比由原來的10:1縮短到1:1，并取消了半精加工工序。
[0020]2、采用本發(fā)明所述方法，精加工時依靠葉片擁有的高強度，可將原來精加工時刀具轉(zhuǎn)速從800r/min?1200r/min提高至7640r/min，并將刀具切削速度由50mm/min?75mm/min提高至2500mm/min，可縮短精加工時間數(shù)倍。
[0021]3、本發(fā)明使用等高截面方法進行加工，切削力沿同一高度方向釋放，減少以往螺旋銑加工帶來的軸向切削力，使得葉型表面光度更高；減少了葉型前后緣加工時，因震顫帶來的過切、鈍邊、縮勁現(xiàn)象。
[0022]4、本發(fā)明使用特殊結(jié)構(gòu)刀具，可兼顧葉盤的粗銑各精銑兩種不同要求的加工，減少了機床換刀帶來的誤差，保證了零件的合格率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖1是加工好的整體葉盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖2是采用現(xiàn)有工藝對整體葉盤進行開粗的加工過程示意圖。
[0025]附圖3是采用現(xiàn)有工藝加工整體葉盤，加工振顫在葉片表面產(chǎn)生的振紋示意圖。
[0026]附圖4-1是本發(fā)明銑削加工使用的銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖4-2是本發(fā)明銑削加工使用的銑刀在另一個方向的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]在上述附圖中各圖示標號標識的對象分別為:1-銑刀刀身；2_銑刀刀頭；3-精銑削刀刃；4_粗銑削刀刃。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實施例，并通過實施例對本發(fā)明進行進一步的具體描述。有必要在此指出的是，實施例只用于對本發(fā)明作進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整進行實施，但這樣的實施應仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0030]實施例1
[0031]本實施例所加工的對象是某型號航空發(fā)動機的整體葉盤，該整體葉盤材料為TC17，直徑為0 613mm，所使用的五軸銑床的型號為LIECHTI g_mill50。對整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，將整體葉盤的坯體按葉片葉尖向上地固定于五軸數(shù)控機床工作臺上，將整體葉盤坯體沿葉片積疊軸方向從上向下按0.10mm層高分層，用同一把以兩刃進行粗銑削加工、四刃用于精銑削加工的球鼻形狀結(jié)構(gòu)的四刃銑刀，先對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)型面流道進行粗銑削加工，再對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)葉型面進行粗精銑削加工，且使本層高內(nèi)的葉片進邊、排氣邊和中部在粗加工后留存的精加工余量相等，在本層高內(nèi)的葉盤型面全部加工完之后，再加工下一層高內(nèi)的葉盤型面，直至整個葉盤從葉片葉尖至葉柄分層加工出整個葉盤的結(jié)構(gòu)型面。在銑削加工過程中，銑刀的轉(zhuǎn)速控制在5000?7640r/min的范圍。所使用的所述球鼻形狀結(jié)構(gòu)的四刃銑刀，其中不用于粗加工的另外兩個刀刃，為臺階型結(jié)構(gòu)的刀刃，用于葉盤結(jié)構(gòu)型面的精銑加工，兩個臺階型刀刃的臺階差約為
1.0_。使用本發(fā)明的工藝方法對整體葉盤結(jié)構(gòu)型面進行加工之前，先對該零件進行程序編制，并設(shè)定加工參數(shù)符合本發(fā)明方法中的要求。
[0032] 申請人:采用本發(fā)明的工藝方法對數(shù)個葉型的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面進行加工，加工后的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面經(jīng)檢測，表明葉型完全符合設(shè)計要求，并且加工效率有顯著提高。
【權(quán)利要求】
1.一種整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，其特征在于，將整體葉盤的坯體按葉片葉尖向上地固定于五軸數(shù)控機床工作臺上，將整體葉盤還體沿葉片積疊軸方向從上向下按0.05?0.15_層高分層，用同一把以兩刃進行粗銑削加工、四刃用于精銑削加工的球鼻形狀結(jié)構(gòu)的四刃銑刀，先對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)型面流道進行粗銑削加工，再對本層高范圍內(nèi)的葉盤結(jié)構(gòu)葉型面進行精銑削加工，本層葉盤型面全部加工完之后，再加工下一層葉盤結(jié)構(gòu)型面，直至整個葉盤從葉片葉尖至葉根分層加工出整個葉盤的結(jié)構(gòu)型面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，其特征在于，本層高的葉片進氣邊、排氣邊和中部粗加工后留存精加工的余量相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體葉盤結(jié)構(gòu)型面銑削加工工藝方法，其特征在于，銑削加工的刀具轉(zhuǎn)速為5000?7640r/min。
【文檔編號】B23C3/18GK104475842SQ201410681318
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】武鵬飛, 李曉彥, 李惠, 杜嘉陵, 羅仕春, 王湘萍, 魏恒星 申請人:四川成發(fā)航空科技股份有限公司