[發明專利]一種整體葉盤結構型面銑削加工工藝方法

有效

• 申請號: 201410681318.0
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104475842A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 武鵬飛;李曉彥;李惠;杜嘉陵;羅仕春;王湘萍;魏恒星
• 申請（專利權）人: 四川成發航空科技股份有限公司
• 主分類號: B23C3/18
• 分類號: B23C3/18;B23C5/02
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及航空發動機葉盤制造加工技術，特別涉及一種整體葉盤結構型面銑削加工工藝方法。

背景技術

隨著航空發動機技術的發展，航空發動機出現了一種整體結構的葉盤，取代傳統裝配結構的葉盤。整體葉盤結構復雜，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、高轉速的工作條件，其材質廣泛采用鈦合金、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，整體葉盤結構型面可加工性極差。

目前整體葉盤的制造技術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：

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1.5～1.8mm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10：1。

2)精加工時，葉片為變截面扭曲結構，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生振紋，并且容易使刀具崩刃，嚴重影響葉片表面質量。

3)大多數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，容易出現過切、尖邊、縮勁、鈍邊等現象。造成零件尺寸超差甚至報廢。

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量不一致，甚至同一操作人員灌注的不同葉型，其質量也不統一，而且建筑用膠中含有有色金屬，對鈦合金產生污染。

因此，傳統的機械加工方法已難以勝任，必須探索新的加工工藝。

發明內容

本發明的目的在于克服現有工藝方法的不足之處，提供一種全新的整體葉盤結構型面銑削加工工藝方法，以提高整體葉盤結構型面的加工質量，并提高生產效率，降低生產成本。

本發明的基本思想是將現有技術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構型面的全部加工，變為采用一臺五軸機床使用一把銑刀分層完成同一層高內的全部整體葉盤結構型面的粗、精加工，將葉片間流道開粗、葉片粗銑合并為葉盤結構型面的粗加工，葉片的半精銑及精銑合并為葉盤結構型面的精加工，依次完成整體葉盤結構型面的加工。

本發明提供的一種整體葉盤結構型面銑削加工工藝方法，其內容主要包括，將整體葉盤的坯體按葉片葉尖向上地固定于五軸數控機床工作臺上，將整體葉盤坯體沿葉片積疊軸方向從上向下按0.05～0.15mm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構的四刃銑刀，先對本層高范圍內的葉盤結構型面流道進行粗銑削加工，再對本層高范圍內的葉盤結構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構型面，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構型面。

在本發明的整體葉盤結構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。

在本發明的整體葉盤結構型面銑削加工工藝方法中，銑削加工的刀具轉速最好控制在5000～7640r/min的范圍。

在本發明的整體葉盤結構型面銑削加工工藝方法中，所述球鼻形狀結構的四刃銑刀的結構為，兩個對稱的螺旋體磨制成球形結構的銑削刀刃，用于葉盤結構型面的粗銑加工，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，用于葉盤結構型面的精銑加工，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0.8～1.5mm。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。