[發明專利]一種基于非均勻余量的增強薄壁葉片工藝剛度的方法

無效

• 申請號: 201310021412.9
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103084639A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 劉維偉;單晨偉;李曉燕;陳昊;王東方;蔡元元
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23C3/18
• 分類號: B23C3/18;B23Q15/013
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及一種基于非均勻余量的增強薄壁葉片工藝剛度的方法，屬航空發動機葉片制造與精密切削加工領域。

背景技術

葉片是航空發動機的核心零件，也是一種典型的薄壁類零件，其制造水平直接影響著航空發動機的氣動性能。隨著氣動設計技術、結構技術和材料技術的不斷發展，航空發動機葉片出現了彎、扭、薄、掠、輕的結構特點，同時也給其制造精度提出了更高的要求。

在實際的銑削加工過程中，由于受到切削力、切削熱和金屬金相撕裂的共同作用，葉片會產生加工變形，導致加工后的葉片精度和輪廓度較差。目前，國內薄壁葉片制造精加工工藝是數控半精加工與手工打磨精加工；主要是因為葉片屬于薄壁曲面零件，加工變形難以控制，為避免出現廢品，必須留有足夠的余量補償數控加工引起的變形，最后依靠人工操作進行拋光，用“邊打磨、邊檢驗”的方法將葉片留有的余量逐步去除掉。但由于手工打磨過程無冷卻液，靠樣板控制葉片截面形狀，故加工效率低、勞動強度大，表面精度低、波紋度大，易燒傷、質量不穩定，無法滿足薄壁葉片對壁厚和葉型精度控制的要求。

同時，在工程實踐中，為了消除加工變形對薄壁葉片數控加工精度的不利影響，常通過采用一些工藝措施來減小葉片的加工變形，從而保證加工精度達到設計要求。目前主要采取的手段有:優化數控切削參數以減小切削力，例如，沿著刀具的切削路徑，局部調整主軸轉速和進給速度等切削參數，使得切削力的大小不超過極限值，可以避免彈性讓刀變形引起的超差現象；通過改進和優化裝夾方案以增加零件的剛性，例如，采用葉片專用夾具或采用輔助支撐的手段；這些措施可以減小葉片的加工變形和加工誤差，但這就必然要增加很多額外的工序，而且這些工藝措施主要是以定性分析和實際加工經驗為基礎的，缺乏定量分析和操作規范，不僅零件的精度和質量難以保證，而且嚴重影響了加工效率。

加工變形是影響薄壁葉片數控加工效率、精度和表面質量的關鍵因素。針對現有的薄壁葉片加工工藝存在的不足，很有必要對現有的加工工藝方法進行優化和改進。從而尋找一種新的葉片加工變形，實現對薄壁葉片加工變形的有效控制，大幅提高加工精度和效率，以滿足相關技術領域對改進和完善薄壁、超薄葉片精密銑削加工技術的迫切需求。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足，克服薄壁件數控銑削精加工剛度不足引起的變形問題,本發明提出一種基于非均勻余量的增強薄壁葉片工藝剛度的方法。

本發明從薄壁葉片精加工前調節毛坯工藝剛度的角度出發，按照該方法進行銑削加工能有效控制薄壁葉片機加工變形，減小加工誤差；由于葉片在銑削力的作用下產生的變形主要在葉片的法向方向；通過分析葉片各點在施加相同切削力下的變形量，研究找出葉片在銑削條件下的各點剛度，以及整個葉片的剛度變化趨勢，在此基礎上對葉片精加工余量分布方法進行優化，減少薄壁葉片精加工過程中的切削變形。

本發明基于非均勻余量的增強薄壁葉片工藝剛度的方法，其特點是包括以下步驟:

步驟1.采用有限元分析法對薄壁葉片進行變形分析，分別在薄壁葉片的葉背和葉盆上選取u×v節點,定義沿葉片軸向為U向，沿葉片截面線方向為V向，u×v個節點在U,V方向等參數分布，在各節點上施加一定的切削力，獲得薄壁件在該切削力下各點的變形情況；

步驟2.根據各節點變形量與切削力和切削深度之間基本呈線性關系，構造以薄壁件變形量為自變量的線性函數來計算切削余量；由于切削變形量較小，定義變形量放大系數α,使變形量δ用來對薄壁件進行余量λ構造，以提高工件剛度，定義如下:

λ=K+αδ??(1)

其中K為常數；

步驟3.根據薄壁葉片實際加工情況，在對應的最小變形量δ_min的第u_m截面線第v_n節點確定最大精加余量λ_max，對應最大變形量δ_max的第u_g截面線的第v_h節點確定最小精加工余量λ_min；根據方程組兩組解(δ_min,λ_max)、(δ_max,λ_min)確定系數K,α，并計算出u×v個節點對應的余量值；

步驟4.將得到切削余量分別加載到各個載荷結點上，得到這些結點精加工非均勻余量值；