[发明专利]提高铝合金开式整体叶轮制造精度的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开式整体叶轮加工工艺，尤其是一种用于提高2A50铝合金材料开式整体叶轮制造精度的工艺方法。

背景技术

随着现代飞机的越来越先进的发展趋势，飞机上的电子设备日益增多，对于环境控制的要求也越来越高，其核心部件——涡轮机械制冷组件、部件的再循环风扇、电子设备冷却风扇等部件里均应用了高速旋转的叶轮机械。叶轮零件作为这类旋转机械的关键部件，其整体加工质量不仅影响部件效率，更直接关系到部件的可靠性。这类以2A50铝合金材料为基体的整体开式叶轮系零件的结构非常复杂，叶片、流道、叶片前缘均为大曲率复杂曲面结构，叶轮叶片厚度最薄处δ_min≤1mm，在整个切削加工工艺过程中，这类零件的材料去除率高达90%及以上。该类整体叶轮工况需满足高转速、大推重比、高性能压气机叶轮系产品强度要求，其曲面误差小、精度高，动平衡时去质量少。因此，采用传统铣削工艺方法加工复杂曲面往往出现以下不良情况：

1、从毛坯投入到粗、精加工的整个工艺过程中材料去除率高达90%以上，受较大的切削力、切削热以及金属纤维的断裂、变形影响，最终造成整体叶轮、叶片曲面及流道曲面变形量较大，从而影响整体叶轮的动平衡性能和产品性能，严重时则会导致叶片出现裂纹。

2、铣削过程中常出现叶片前缘变形、崩裂，铣削过程中由于切削力较大，易产生切削震动、表面粗糙度降低并影响铣削效率。

3、精加工后轮盘尺寸不均匀，轴孔圆度、同轴度、径向轴向超差严重。

4、动平衡时材料去质量大，合格率低。

5、整体叶轮超转试验的破损率高。

随着科技的不断发展，对产品制造效率、制造质量稳定性、产品性能要求也越来越高，故整体叶轮系零件的叶片曲面、流道曲面的形状，尺寸精度及表面质量也要求越来越高，传统复杂曲面系零件铣削工艺已经不能满足生产需要。

发明内容

本发明是要解决2A50铝合金材料开式整体叶轮系零件工艺过程中存在以上的技术问题，而提供一种提高铝合金开式整体叶轮制造精度的工艺方法，用于提高开式整体叶轮系零件制造精度及质量稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高铝合金开式整体叶轮制造精度的工艺方法，具体步骤是：备料→粗车叶轮毛坯外形→粗车工艺夹头→热处理→人工时效→半精车工艺夹头→半精车叶轮外形→低温处理→五轴联动加工粗铣→自然时效→五轴联动加工精铣→钳工→精车轴孔→精车叶轮→钳工→动平衡。

具体工艺方法：

步骤一：备料：

备2A50铝合金棒料，尺寸大于零件10～15mm。

步骤二：粗车叶轮外形：

粗车叶轮外形，预留1～3mm余量，钻轴孔，轴孔预留0.5～1mm余量。

步骤三：粗车工艺夹头：

粗车夹持部位,并预留2～3mm余量。

步骤四：热处理：

热处理HRC≥30。

步骤五：人工时效：

人工时效160℃，7～8小时

步骤六：半精车工艺夹头：

半精车工艺夹头，加工前精镗软爪，保证端面及径向跳动≤0.02mm。

步骤七：半精车叶轮外形：

半精车叶轮外形，加工前精镗软爪，保证端面及径向跳动≤0.02mm。半精车叶轮外形，预留0.5mm余量。精镗轴孔，预留0.3mm余量。

步骤八：低温处理：

进行-60℃±5℃2小时低温处理。

步骤九：五轴数控加工粗铣：

选用具有良好动态性及稳定性的全闭环控制系统的五轴加工中心设备，对叶轮进行粗加工。加工前以芯轴定位装夹，芯轴上下两端有螺纹，一端旋进底座，另一端装上叶轮零件、垫片、螺母并旋紧。找正零件端面且径向跳动≤0.02mm，粗铣叶片及流道，并预留0.3～0.8mm余量。加工时需喷洒大量冷却润滑液。

步骤十：自然时效：

把粗铣后的叶轮坯体放置在水平的平台上，常温下静置48小时。

步骤十一：五轴数控加工精铣：

选用具有良好动态性及稳定性的全闭环控制系统的五轴加工中心设备对叶轮零件进行精加工。加工前以精镗软爪或芯轴以及定位销进行定位装夹，找正零件端面且径向跳动≤0.02mm。精铣叶轮的叶片、流道及叶片根部圆角，接刀痕均布且≤0.1mm，叶片根部圆角不得有震刀现象。加工时需喷洒大量冷却润滑液。

步骤十二：钳：

钳工去除毛刺，修正以上步骤接刀痕使其平滑过渡。

步骤十三：数控车：