[發明專利]整體葉盤線切割粗加工余量去除方法及專用夾具

有效

• 申請號: 201410164169.0
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN104014890B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 藺小軍;張新鴿;王志偉;史耀耀;高源;陳悅;楊艷
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23H9/00
• 分類號: B23H9/00;B23H7/02;B23H11/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及一種利用線切割對整體葉盤通道進行粗加工余量去除的方法及專用夾具。

背景技術

整體葉盤是將葉片和輪盤設計成整體，省去了榫頭、榫槽等結構，減少了葉盤重量和零件數量；在氣動布局上采用了寬弦、彎掠葉片和窄流道，從而提高了氣動效率。整體葉盤使發動機結構大為簡化，推重比和可靠性進一步提高。整體葉盤結構形式主要有兩種典型結構:(1)閉式結構—帶外輪轂整體葉盤；(2)開式結構—不帶輪轂整體葉盤。整體葉盤葉片型面一般為空間自由曲面，葉片之間相互遮掩，通道約束多，而整體葉盤又具有葉片壁比較薄,易變形，易顫振，刀具干涉嚴重的特點，且材料多為鈦合金、高溫合金等難切削的材料，都使整體葉盤的加工變得困難。

目前整體葉盤通道粗開槽三種加工方法：數控銑削、數控電解和電火花加工。

數控銑削技術是整體葉盤常用的加工方法，整體葉盤通道是特殊曲面型腔結構，傳統的銑削加工方法采用立銑刀分層側銑，側銑刀具受徑向力作用，隨著通道銑削深度的加深刀具懸伸量加長，刀具的剛性變差，在徑向力的作用之下刀具變形、振動、磨損加劇，加工效率顯著降低。針對整體葉盤復雜通道側銑加工存在的問題，數控銑削開槽插銑方法解決了一些上述問題，但是，數控銑削切削力大，葉片易受變形，刀具與葉盤易發生干涉，刀具磨損嚴重等問題依然存在。整體葉盤另一種加工方法是數控電解加工，電解加工也存在一些不足之處，加工的影響因素多，且加工穩定性和重復性都比較差，尤其是加工閉式整體葉盤零件時，葉盤流道彎扭復雜，且沖液問題也難于解決；電流要求高，電解液和電解產物需要專門處理，環境污染嚴重。電火花加工技術也是整體葉盤一種加工方法，電火花加工還存在一些問題，如：1)電極損耗嚴重，電極成本較高；2)加工表面有再鑄層；3)加工效率與電解相比，效率較低。因此，在整體葉盤批量生產過程中，電火花加工遇到許多障礙。

整體葉盤鍛造毛坯一般為矮圓柱狀，其與最終零件的形狀存在較大差別，材料切除量達到60％～90％，其中絕大部分是在粗加工葉盤通道的過程中完成。在整體葉盤通道粗加工中數控銑削方面，一般采用四坐標或五坐標數控機床，數控機床本身價格高昂，加工價格高，針對不同的材料和加工精度要求，一般每小時300～1000元；數控電解加工加工費用，一般每小時100～200元；數控電火花加工費用，一般每小時150～300元。因此，對整體葉盤通道粗開槽降低加工成本的研究具有重要的意義。

發明內容

技術方案

電火花線切割加工方法是利用移動的細金屬導線(鉬絲或鉬絲)做電極，通過數控技術對工件進行脈沖火花放電，完成對工件的切割。電火花線切割的優點：(1)能加工復雜的工件，對加工薄壁工件、深窄槽加工、微細加工有獨特的優勢；(2)電火花線切割加工中無切削力，因此不受切削力的影響。由于整體葉盤五坐標數控加工花費，每小時達到上百元，而線切割加工每小時的費用不足10元，特別是在整體葉盤材料切除量很大接近90％，其中絕大部分余量去除是在葉盤通道粗開槽加工中。由于使用五軸聯動或四軸聯動數控機床進行整體葉盤加工的成本非常巨大，所以其經濟性問題就顯得尤為重要。而利用線切割工藝對整體葉盤的粗開槽，其在粗加工中盡可能多的去除余量，為后續半精加工和精加工留下少的去除量，這樣可做到合理使用機床，提高整個機床的效率，縮短加工時間，節約加工成本。線切割加工中無切削力，由于切削力直接影響著工件質量、刀具壽命、機床動力消耗，此外切削力的存在會引起加工系統：機床—刀具—工件，其引起加工系統振動其會嚴重影響加工精度和表面質量，而且還會縮短機床和刀具的壽命，振動的噪音污染環境，損害工人的健康。因此線切割對整體葉盤通道粗加工降低成本和提高經濟效益具有重要的意義。

本發明為解決現有技術中數控銑削、數控電解和電火花加工成本較大的問題，針對電火花線切割加工方法，提出了一種整體葉盤線切割粗加工余量去除方法。采用二坐標機床，以毛坯去除量值為目標函數，經搜索算法得到整體葉盤軸線在切割時最優矢量方向，并以此作為夾具裝夾依據。

本發明的技術方案為：

所述一種整體葉盤線切割粗加工余量去除方法，其特征在于：采用以下步驟：

步驟1：投影法計算整體葉盤毛坯旋轉角度：

步驟1.1：將構成一個通道的內輪轂面、葉盆、葉背型面進行等距偏置，其中偏置量為加工余量和線切割設備切割絲半徑之和；提取葉盆偏置面、葉背偏置面上方兩條邊緣曲線構成曲面S₁，下方兩條邊緣曲線構成曲面S₂；