[发明专利]在涡轮发动机的涡轮盘上加工槽的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机之类的涡轮发动机的涡轮盘上加工槽的方法。

背景技术

这种类型的涡轮机通常包括多个装有叶片的叶轮，每个叶轮包括的外周上形成有槽的盘，用来容纳各个叶片的根部，这些槽绕盘的轴均匀分布。每个叶片在其径向内端具有连接到根部的内平台，而且，每个叶片在其径向外端具有承载擦拭片(wiper)的外平台，擦拭片在操作中与紧固到涡轮定子的可磨损材料块配合，以形成迷宫密封垫片。

通常通过拉削(broaching)来加工这些槽。在该技术中，所采用的切削工具是具有一系列彼此纵向隔开的齿的直线拉刀。相对于盘以直线方式移动拉刀来制成每个槽，一个齿一个齿地加工出盘的外周。从拉刀的一端到另一端，齿的形状和尺寸均不同，用来加工盘的最后一个齿的形状和尺寸对应于槽的形状和尺寸。通常来讲，连续使用多个拉刀，使得要获得的槽的最终截面是通过一次次拉削渐进获得的。对于每个要制成的槽重复这种操作。

可以理解的是，这种方法需要耗费大量的时间来执行，并由于这些拉刀的长度都很大，可能在6到8米之间，这些方法需要大量的空间。

另外，涡轮具有多个组装在一起的盘。由于必须能够接触到盘的两侧，而且必须在相当的长度上获得这种接触，在同一时间只能对一个盘来执行这种拉削来加工槽。从而，这些槽需要单独加工，然后彼此紧密地组装在一起。

最后，这种加工技术不适用于所有材料。具体来讲，在盘由镍基合金制成时，这种合金的可加工速率是通常钛基合金的两倍，不能采用拉削技术。

为了部分地解决这些缺陷，专利文献US 2009/0187269中提出了一种加工盘的方法，用成型刀具加工每个槽。刀具的截面对应于要获得的槽的截面，工具的轴相对于盘基本上是径向的，将工具从盘的一个面移动到平行于盘的轴的另一个面来形成槽。

不过，由于这种类型的刀具比较脆，采用成型刀具加工并不适于小截面的槽或镍基合金制成的盘。另外，对于每个形状的槽，在开始加工时必须制成具有相应形状的刀具，由于刀具的轮廓一旦磨损就不再对应于要制成的槽的轮廓，这使得整个加工非常昂贵，必须频繁地更换刀具。

发明内容

本发明的一个具体目的是为上述问题提供一种简单、有效而且成本低廉的解决方案。

为了实现这个目的，本发明提供了一种在诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机之类的涡轮发动机的涡轮盘上加工圆周槽的加工方法，所述方法的特征在于，其在于通过采用基本上为圆柱形的扩孔钻扩孔来加工这些槽，所述扩孔钻的长度大于盘的轴向厚度，所述扩孔钻基本上平行于所述盘的轴延伸，沿着每个槽的轮廓垂直于轴移动扩孔钻加工出槽的外形。

从而，扩孔钻不是沿轴向切入盘的外圆周，而是沿着径向切入盘的外圆周，使得即使在所有的盘组装在一起并相距不远的情况下也可以采用本发明。另外，圆柱形扩孔钻是通常的扩孔钻，没有成型刀具那么脆，从而使得可以加工难以加工的材料，例如镍基合金。最后，可以采用同一扩孔钻来加工多个不同形状的槽。

根据本发明的另一个特征，扩孔钻的旋转方向是使得通过同向铣削执行扩孔，即，扩孔钻的齿的进给方向对应于扩孔钻相对于要被加工的材料的进给方向。

同向铣削进行扩孔产生较少的振动，从而改善切割质量。

很自然，还可以以相反的方向或者“通常的”方向执行扩孔，即，扩孔钻的齿的进给方向与扩孔钻相对于用于加工的材料的进给速度相反。

根据本发明的另一个特征，涡轮盘是低压涡轮盘，由镍基合金制成。

在本发明的一个实施例中，扩孔钻在其每一端由刀架所保持，扩孔钻的两端中的至少一端由驱动装置驱动旋转。

以这种方式保持扩孔钻用来限制扩孔钻的变形，并因此限制错误地确定被加工的槽的尺寸，同时还限制了任何破坏刀具的风险。扩孔钻可以由碳化钨、陶瓷或高速钢(high-speed steel，HSS)制成。

在优选方式中，扩孔钻具有两到八个齿，扩孔钻的螺旋角，即，扩孔钻的轴和齿的倾斜方向之间的角度在10°至20°的范围内。

优选地，扩孔钻的切割速度在40m/min至70m/min之间。

具体来讲，当刀具由碳化钨制成时，当盘由钛基合金制成时，切割速度在60m/min至70m/min之间，当盘由镍基合金制成时，切割速度在40m/min至50m/min之间。采用陶瓷制成的刀具时切割速度会更快。

有利地，所述加工方法至少包括打孔阶段和抛光阶段。