[發明專利]一種大型軸流式整體葉輪加工方法

有效

• 申請號: 201310626731.2
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103611974A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 張積瑜;孫玉民;陳亞莉;楊易;劉愈
• 申請（專利權）人: 沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司
• 主分類號: B23C3/18
• 分類號: B23C3/18;B23C3/28
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明屬于機械制造領域，特別提供一種大型軸流式整體葉輪的新型加工方法。

背景技術

隨著航空發動機推重比要求的提高，大型軸流式整體葉輪的應用越來越廣泛，大型軸流式整體葉輪雖然是開放結構，但由于葉片尺寸超大，葉片最大長度約300mm，最大寬度尺寸約219mm，最大扭角62°，易受力變形，開敞性差，是一種典型的寬弦、大扭角、長懸臂、窄深腔結構，其數控銑加工難度非常大，加工特點有：加工用刀具長徑比大（如按常規采用開式葉盤的單側銑加工工藝，則銑削刀具可長達350mm左右），加工過程中葉片懸臂與刀具耦合振動極為嚴重，大扭角及窄深腔結構造成了加工用刀具產生嚴重干涉及刀具直徑的急劇減小，同時又間接增大了刀具長徑比。隨著刀具長徑比的急劇增大，刀具與葉片懸臂的耦合振動嚴重降低了葉片表面的銑加工質量，降低了加工效率，同時，由于加工中振動的加大，刀具壽命也急劇縮短，又直接增加了刀具成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大型軸流式整體葉輪加工方法，該方法能夠提高大型軸流式整體葉輪加工效率，提高葉片部位表面質量并降低生產成本。

本發明具體提供了一種大型軸流式整體葉輪加工方法，其特征在于，采用開式及閉式葉輪組合加工方法進行加工，其中葉輪的開式部分銑加工方法為：葉片積疊軸方向開式葉輪粗開槽+螺旋銑精銑加工，葉輪閉式部分銑加工方法為：發動機軸線方向粗開槽+往復式精銑加工。即在葉型的前半段進行開槽+螺旋銑，葉型的后半段至葉根為對接開槽+往復銑削。

粗開槽：由于材料去除率較大，增大了葉片部位機械加工殘余應力，為了減小消除應力熱處理后零件變形造成的損失，在流道和葉身各表面留2mm余量。開式部分銑加工方法為葉片積疊軸方向粗開槽（占加工區域的60%），閉式部分銑加工方法采用發動機軸線方向鉆銑加粗開槽（占加工區域的40%，包含流道部位）。

精銑加工：分為半精加工和精加工兩部分。半精銑給精銑留0.2mm余量，考慮到加工過程中由于刀具的磨損及隨著刀具長徑比的增大造成的讓刀現象，精銑加工時葉片采用無余量方式加工。開式部分銑加工方法為葉片積疊軸方向螺旋半精銑加螺旋精銑（占加工區域的65%），閉式部分銑加工方法采用發動機軸線方向往復式半精銑加往復式精銑加工（占加工區域的35%，包含流道部位）。

在葉輪開式部分銑加工過程中，由于葉片前后緣部分刀軸變化太大，刀具受理較為復雜，嚴重縮短了刀具壽命，因此，粗開槽不包括葉片前后緣的加工，葉片前后緣采用帶4°錐度的四刃或六刃整體硬質合金球頭銑刀進行精銑加工。采用4°錐度球頭銑刀的優點是該銑刀可進行返磨多次使用，且返磨合格率可達到100%。極大的降低了銑加工刀具成本。

本發明所述大型軸流式整體葉輪加工方法的具體加工過程如下：

（1）粗銑開式加工：①區域采用葉片沿積疊軸方向4粗開槽加工，采用小切深、大進給面銑加工技術加工，該部分粗開槽不包含葉片前后緣的加工，前后緣采用球頭銑刀沿葉型方向光整加工；

采用小切深、大進給面銑加工技術，取代了以前鉆銑加螺旋銑光整加工方式。通過試驗驗證，圓錐面單向銑：從后緣到前緣、先葉盆后葉背順逆組合銑刀片消耗最小，線速度可達60m/min。但由于葉片前后緣部分刀軸變化太大，刀具受力較為復雜，嚴重縮短了面銑刀的刀具壽命，因此，該部分粗開槽不包含葉片前后緣的加工，前后緣采用球頭銑刀沿葉型方向光整加工。面銑刀刀具結構圖見附圖2，走刀軌跡見附圖3。

（2）粗銑的閉式加工：②③區域采用沿發動機軸線方向5對接銑，采用鉆銑加粗開槽方式加工，鉆銑加工是為了避免粗開槽時非切削部位的干涉問題，粗開槽采用小切深、大進給面銑光整技術，采用U型刀具軌跡，線速度可達60m/min，走刀軌跡見附圖4；

（3）精銑開式加工：①區域采用沿積疊軸方向4螺旋式加工，全部采用Φ16帶4°錐度的四刃或六刃整體硬質合金球頭銑刀加工，線速度可達140m/min。帶4°錐度的四刃或六刃整體硬質合金球頭銑刀結構圖見附圖5，走刀軌跡見附圖6；

（4）精銑的閉式加工：②③區域采用沿發動機軸線方向5往復式加工，采用4°錐度的四刃或六刃整體硬質合金球頭銑刀往復加工，線速度可達140m/min。走刀軌跡見附圖7。