[发明专利]一种用于复杂曲面钛合金叶片的少余量低成本加工方法

说明书

本发明涉及复杂曲面钛合金叶片类加工方法领域，具体的说是一种用于复杂曲面钛合金叶片的少余量低成本加工方法。包括石墨铸型设计与加工、铸型表面处理、浇注及冷却、修磨以及电解抛光等步骤。可针对钛合金旋转复杂曲面叶片类产品，如高速船用喷水推进器、制药搅拌器、压缩机叶轮等，采用合理模具制造工艺、模具表面处理、真空浇注后工序控制、铸件少余量加工和微余量表面抛光等方法，从而降低产品切削加工量，降低成本，缩短加工周期，能大幅度提高加工效率。

技术领域

本发明涉及复杂曲面钛合金叶片类加工方法领域，具体的说是一种用于复杂曲面钛合金叶片的少余量低成本加工方法。

背景技术

随着船舶、海洋工程、制药工业的快速发展，如高速船用推进器、制药搅拌桨、压缩机叶轮及有曲面型值要求的旋转体产品。这些具有特殊性能要求的产品正逐渐由原来的钢质材料、不锈钢升级为耐蚀性能更好、重量更轻质的钛合金来替代。而钛合金材料又是一种难加工材料，目前复杂曲面钛合金叶片类产品加工具有成本高、周期长的缺点。

现有技术中的常规复杂曲面钛合金叶片的加工方法为：用机加石墨做出放有叶片余量的铸型模具，柱形模具对叶轮曲面双面单边放置余量超过6mm；然后把铸型置于真空电弧凝壳炉中进行熔炼浇注，清除石墨壳型，编程后在五轴铣床上根据铸件叶片曲面三维型值对曲面叶片机加工。存在以下问题：

（1）采用余量很大的传统钛铸造方法获得铸件，材料浪费严重，并给后续铣床机加工增加工作量和加工难度。

（2）在铸造过程中，由于该工艺采用硬模成型，在除去模具后会出现叶片的较大变形；随后在叶片切削过程中，因为钛合金导热性差，在反复切削中出现散热不均，会出现较大变形；最后造成钛合金曲面类产品加工周期过长，成本高，控制难度大大提高。

（3）由于水力学尺寸型值要求，该类产品叶片厚度呈内厚外薄分布，在铣床加工过程易出现变形。

（4）加工过程还要经过真空热处理，加工成本高，周期长。

发明内容

本发明旨在提供一种用于复杂曲面钛合金叶片的少余量低成本加工方法，满足复杂曲面钛合金叶片类少余量加工需求，使其满足设计曲面型值和表面光洁度要求。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于复杂曲面钛合金叶片的少余量低成本加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、采用石墨化石墨块为原料，通过工艺分型面选取，铸型编程，在数控铣床上加工出与待加工叶片形状相对应的凹形铸型，凹形铸型相对于待加工叶片放置的余量不超过3mm；

2）、在步骤1）中加工出的凹形铸型内腔中均匀喷涂一层涂料并晾干；

3）、将经过步骤2）处理过的凹形铸型进行热处理；

4）、将经过步骤3）处理过的凹形铸型置于真空凝壳电弧炉中，并在真空条件下向凹形铸型中熔炼浇注钛合金液；浇注完成的铸件与凹形铸型在真空凝壳电弧炉的炉内温度降至80℃以下后一同出炉，出炉后将凹形铸型从铸件上拆除即制得叶片坯；

5）、通过三维扫描对步骤4）中制得的叶片坯进行形状和尺寸的测量，并将测量结果与叶片设计三维模进行对比；根据对比结果，对步骤4）中制得的叶片坯超出公差的余量进行钳工修磨，制得修磨叶片；

6）、将步骤5）中制得的修磨叶片采用电解抛光法进行处理，制得叶片成品。

优选的，步骤2）中的涂料由基料和粘结剂按照为4:1的重量配比，经2-3h搅拌制成，其粘度为40-55s；基料为氧化锆，细度大于320目；粘结剂为锆胶。

优选的，步骤3）中的热处理条件为：真空度小于5Mpa，温度为900℃，处理时间为4h。

优选的，步骤4）中真空凝壳电弧炉的浇注条件为：真空度小于5Mpa。