[发明专利]一种整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机叶盘制造加工技术，特别涉及一种整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法。

背景技术

随着航空发动机技术的发展，航空发动机出现了一种整体结构的叶盘，取代传统装配结构的叶盘。整体叶盘结构复杂，加工精度要求高，尤其是叶片工作表面为空间自由曲面，形状极为复杂，特别是为适应其高压、高转速的工作条件，其材质广泛采用钛合金、钛基复合材料、钛铝化物复合材料等难以切削加工的复合材料，整体叶盘结构型面可加工性极差。

目前整体叶盘的制造技术主要采用复合制造工艺，即先采用三轴机床对叶片间流道进行开粗，其后在使用五轴机床进行叶片的粗铣、半精铣及精铣，该加工工艺方法存在以下缺点：

1)加工效率低，周期长。粗加工主要是进行叶型间的开槽及流道加工，大约有80％的材料被切除，粗加工时，主要分为两步，第一步为开槽加工，开槽的目的在于将叶片间的气道开通，形成通道，为粗加工做好准备，一般使用三轴机床进行。开槽占用了大量工时，在整个粗加工过程中，设备的有效利用率却不到60％；第二步为叶型粗加工，主要目的是去除三轴机床不能加工的余量；粗加工完成后叶型需保留1.5～1.8mm的余量，这样就造成叶型间的空间更为狭小，同时导致刀具的可达性更差，刀具直径选择空间更小，唯有使用小刀具进行加工，此时只能采用低转速低进给，使得粗加工周期长。粗加工时间与精加工时间比平均约为10：1。

2)精加工时，叶片为变截面扭曲结构，叶展长、叶片薄，造成叶片叶尖处刚性极差，切削力作用在叶展的端头，极易产生弹性变形并同时伴随着振颤，很难保证尺寸，不同刀位对于薄叶片的加工及回弹影响也不一样，可直接导致厚度尺寸超差；而加工振颤可导致叶片表面产生振纹，并且容易使刀具崩刃，严重影响叶片表面质量。

3)大多数整体叶盘的叶型在进、排气边缘厚度仅为0.2～0.3mm，精加工进行时，叶片无强度依靠，在前后缘处，容易出现过切、尖边、缩劲、钝边等现象。造成零件尺寸超差甚至报废。

4)进行半精及精加工时，曲面受力变形受多种因素的影响，直接对其进行分析极其困难。因此采取在叶片通道间灌注建筑用胶的方法，以此来改变零件的阻尼特性，降低叶片的振颤；但事实上，在灌注建筑用胶时，因操作人员而定，不同的操作人员灌注的质量不一致，甚至同一操作人员灌注的不同叶型，其质量也不统一，而且建筑用胶中含有有色金属，对钛合金产生污染。

因此，传统的机械加工方法已难以胜任，必须探索新的加工工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有工艺方法的不足之处，提供一种全新的整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法，以提高整体叶盘结构型面的加工质量，并提高生产效率，降低生产成本。

本发明的基本思想是将现有技术先采用三轴机床对叶片间流道进行开粗，后使用五轴机床对叶片依次进行粗铣、半精铣及精铣完成整体叶盘结构型面的全部加工，变为采用一台五轴机床使用一把铣刀分层完成同一层高内的全部整体叶盘结构型面的粗、精加工，将叶片间流道开粗、叶片粗铣合并为叶盘结构型面的粗加工，叶片的半精铣及精铣合并为叶盘结构型面的精加工，依次完成整体叶盘结构型面的加工。

本发明提供的一种整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法，其内容主要包括，将整体叶盘的坯体按叶片叶尖向上地固定于五轴数控机床工作台上，将整体叶盘坯体沿叶片积叠轴方向从上向下按0.05～0.15mm层高分层，用同一把以两刃进行粗铣削加工、四刃用于精铣削加工的球鼻形状结构的四刃铣刀，先对本层高范围内的叶盘结构型面流道进行粗铣削加工，再对本层高范围内的叶盘结构叶型面进行精铣削加工，本层叶盘型面全部加工完之后，再加工下一层叶盘结构型面，直至整个叶盘从叶片叶尖至叶根分层加工出整个叶盘的结构型面。

在本发明的整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法中，本层高的叶片进气边、排气边和中部粗加工后留存精加工的余量最好相等。

在本发明的整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法中，铣削加工的刀具转速最好控制在5000～7640r/min的范围。

在本发明的整体叶盘结构型面铣削加工工艺方法中，所述球鼻形状结构的四刃铣刀的结构为，两个对称的螺旋体磨制成球形结构的铣削刀刃，用于叶盘结构型面的粗铣加工，另外两个对称的螺旋体上分别加工出一台阶，于台阶螺旋体上磨制出铣削刀刃，用于叶盘结构型面的精铣加工，整个刀头的端部呈球鼻形状。用于精加工的两个台阶型铣削刀刃，其台阶高最好控制在为0.8～1.5mm。用于精加工的台阶型铣削刀刃的切削角小于用于粗加工的铣削刀刃的切削角。