[发明专利]一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮叶片加工技术领域，具体涉及一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机中热负荷及机械负荷最大的部件，其工作环境恶劣，承受燃烧后高温高压燃气冲击，其制造技术被列为现代航空发动机的关键技术.其中叶片铸造技术和气膜孔加工技术是最主要的难点。目前，叶片气膜孔的加工技术主要包括长脉冲激光打孔、电火花打孔、电液束打孔等方法。其中前两种方法都属于热熔加工，会在孔壁产生重铸层和微裂纹，严重影叶片的表面完整性，最终导致了叶片材料性能和安全使用寿命的下降。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐高温、表面完整性好，毛刺、沟槽、微裂纹少，且无重熔层的铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法。

本发明采用以下技术方案：

一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：铝合金熔炼，铝合金包含以下重量百分比的化学成分：Cu4.87％、Mn0.5％、Ti0.27％、Cd0.16％、V0.12％、Fe<0.1、稀土Y1％，余量为Al；用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，720-730℃时用重量百分比0.6％的C₂Cl₆精炼，静置20min，720℃浇注涡轮叶片，浇注温度为250-300℃，所述的涡轮叶片采用精密无余量铸造，榫头釆用了三对枞树形榫齿，叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构；

步骤二：用微秒激光加工出孔径为50μm的基孔，重熔层厚度控制在40μm以下；

步骤三：用长脉冲激光直接冲孔1s，形成直径为300-310μm的正锥形孔，再使用四光楔扫描装置环切扫描2-3s，形成直径为350-360μm的圆柱孔；

步骤四：用500fs激光螺旋扫描15s，其工艺参数为：扫描速度为2400r/min，重叠率为12％，进给量为5μm，重复频率为20kHz，0.6Pa同轴吹气；

步骤五：采用磨粒流机床进行磨粒流加工，将涡轮叶片固定在两个磨粒虹容器之的通道中，通过虹内活塞队挤伍磨料来回流动，选择B500微粒度磨料，工作压力为6-7mpa，孔径增加量控制在0.02mm-0.04mm；

步骤六：对涡轮叶片表面用水基清洗剂进行除油，并以水膜连续试验方法检验表面除油效果，保证涡轮叶片表面除油完全，然后将其吹干；

步骤七：配制重熔层去除溶液，溶液的配方为双氧水+盐酸，其中双氧水的体积分数30％-60％，余量为盐酸，将双氧水和盐酸混合并搅拌均匀；

步骤八：将涡轮叶片放入容器内，相互之间不可叠放或遮盖，将重熔层去除溶液倒入容器并完全浸没涡轮叶片，搅拌、浸泡6-10min后取出；

步骤九：将涡轮叶片立即放入清洁的流动水中冲洗干净，并干燥。

优选的，步骤五中所述的磨粒流机床为MLL60D型磨粒流机床。

优选的，步骤六中吹干采用的是吹风机。

优选的，步骤七中双氧水和盐酸均为化学纯。

优选的，步骤七中重熔层去除溶液在配制后60min内使用。

本发明的有益效果在于：

1)Al-Cu合金具有室温和高温性能高、切削加工性能好、塑性和抗蚀性好等特点。其中ZL205A高强铸造铝合金具有强度高、韧性好、加工性好、电镀性好、耐腐蚀等综合性能。由于其优异的综合性能，广泛应用于航空航天领域。稀土元素Y对Al-Cu合金铸态组织有细化作用，当Y含量为0.1％时，细化效果最好；稀土元素Y对Al-Cu合金有强化作用，当Y含量为0.1％时，合金的综合性能最好。

2)本发明采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法进行气膜孔加工，可以大大降低热效应、提高表面完整性，加工出的气膜孔毛刺、沟槽、微裂纹少，重熔层最大厚度不大于25μm。

3)涡轮叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构，减少燃气对涡轮叶片的传热。

4)磨粒在压力作用下均匀地对通道表面或边角进行磨削，不但能够去除余量还能起到去毛刺、倒角、光饰的作用，磨粒流方法还可以有效地消减重熔层。在磨粒流加工过程中控制孔径增加量为0.02mm-0.04mm，可以有效的控制重熔层及微裂纹。

5)采用重熔层去除溶液进一步除重熔层，可达到气膜孔进出口处无重熔层残留。

具体实施方式