[發明專利]空心渦輪葉片內腔精密鑄造外形機械加工的冷熱復合制造方法

有效

• 申請號: 201710762347.3
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107717364B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 張云;陳志同;夏崢嶸;全芳;朱正清
• 申請（專利權）人: 棗莊北航機床創新研究院有限公司;中國航發貴州黎陽航空動力有限公司
• 主分類號: B23P15/02
• 分類號: B23P15/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

1.一種空心渦輪葉片內腔精密鑄造外形機械加工的冷熱復合制造方法，其特征在于，在精密鑄造階段將葉片內腔形狀直接鑄造到符合設計要求的形狀和精度并給葉片的外形保留一定數量的加工余量，通過工業CT檢測裝置檢測到葉片內腔的點云數據后計算出葉片內腔對應的實際坐標系的姿態和位置，并按照該坐標系為基準在數控機床上加工葉片的外形到設計要求的形狀、位置和精度范圍之內，具體的步驟如下：

步驟一：對空心渦輪葉片的外形進行分析，對輔助定位基準和渦輪葉片的外形增加0.1-1mm的余量設計渦輪葉片鑄造毛坯模型；

步驟二：按照外形留有機械加工余量的葉片鑄造毛坯模型采用精密鑄造葉片方法鑄造出葉片毛坯，其中保留葉片的6個自由度的定位基準點或其等效結構；

步驟三：在葉片榫頭部位安裝上具有規則外形的快換夾具托盤或其它形狀經過機械加工的用于葉片安裝的具有精確定位面的測量夾具，該快換托盤和測量夾具用于在葉片測量和加工時候對葉片進行準確定位，以便確定測量數據所基于的坐標系或在機床上使葉片具有確定的位置；

步驟四：采用工業CT測量裝置對包含快換夾具托盤或具有安裝基準的葉片測量夾具在內的葉片內腔的點云數據(A1)、外形進行測量獲得葉片內外形和其它相關表面的點云數據(A2)和葉片測量夾具或快換夾具上的定位面點云數據(B),以及葉片上的輔助定位基準的點云數據(C)；

步驟五：分別對定位幾何要素點云數據(B、C)和葉片內腔的點云數據(A1)進行擬合,按照葉片內腔優化出葉片基準或坐標系的最佳位置，即當前葉片測量夾具上的坐標系(PCS2)和基于當前葉片測量基準的葉片設計坐標系(PCS1)；

步驟六：按照葉片測量基準和葉片設計坐標系(PCS1)之間的坐標變換關系確定葉片上的輔助定位基準和葉身外形相對葉片測量基準之間的幾何位置關系，將葉片通過定位面安裝于機床上，并對葉片上的輔助定位基準或/和葉身外形進行磨削加工或銑削加工；

步驟七：根據機械加工后的葉身外形對葉片進行定位夾緊，并利用榫頭磨削機床加工葉片榫頭端部結構；

步驟八：利用榫頭定位對葉片上的氣膜孔進行加工。

2.根據權利要求1所述的空心渦輪葉片內腔精密鑄造外形機械加工的冷熱復合制造方法，所述的葉片外形的加工方法為銑削和拋光、磨削和拋光，但對于硬度較高的材料，采用超硬砂輪磨削和拋光的方法以提高加工過程的穩定性和降低加工成本。

3.根據權利要求1所述的空心渦輪葉片內腔精密鑄造外形機械加工的冷熱復合制造方法，先加工葉片上的輔助基準，然后以這些輔助基準面將葉片安裝在其它夾具上對葉片外形進行加工，并在葉片外形加工完成后利用葉身定位對葉片榫頭和葉冠進行加工并達到預定的設計要求，所述輔助基準包括預留的工藝凸臺的表面。

4.根據權利要求1所述的空心渦輪葉片內腔精密鑄造外形機械加工的冷熱復合制造方法，利用多自由度平臺依據葉片CT掃描結果進行調整將葉片的內腔坐標系調整到與機床上的一個給定的坐標系重合，并利用低熔點合金將葉片與另外一葉片夾具連接起來，將葉片內腔的基準轉換到該夾具的定位面上，將內腔不一致的渦輪葉片外形的加工轉換成基準相同的構件的加工，以便采用同樣的程序對不同的葉片進行加工。

5.根據權利要求1所述的空心渦輪葉片內腔精密鑄造外形機械加工的冷熱復合制造方法，當葉片形狀容許時在葉片內腔中設計必要的定位基準面，直接利用葉片內腔中的定位表面和相應的夾具確定渦輪葉片的姿態，并利用低熔點合金少無切削力加工過程將具有精確形狀的夾具連接在葉片上使其具有接受后續機械加工的足夠的連接剛度和精度。