[发明专利]高精度高温合金薄壁双翼安装边盘件控制变形的加工方法

摘要

本发明提供了高精度高温合金薄壁双翼安装边盘件控制变形的加工方法，工艺路线是粗车→细车→精车→标印，清洗→中间检验→消除应力热处理→荧光检查→磨加工→轮缘端面车加工→喷丸→喷丸后磨加工修复端面；拉榫槽采用加强刚性防变形的专用夹具，解决工件加工时引起的变形问题。盘件拉榫槽采用在拉削榫槽面支撑，上部压紧的方式。具体试验工件的主要加工步骤如下：半精车，采用轴向定位、压紧方式，采用专用工装进行加工，减小装夹变形；花边数控程序优化加工。本发明的优点：合格率由40％提高80％以上，盘件变形得到了一定的控制，突破了高温合金双翼安装边薄壁盘件变形的技术瓶颈，提升了制造技术水平，具有深远的意义。

主权项

1.高精度高温合金薄壁双翼安装边盘件控制变形的加工方法，其特征在于：具体为，一、工艺路线对工件变形的控制确定工艺方案：工艺路线是粗车→细车→精车→标印，清洗→中间检验→消除应力热处理→荧光检查→磨加工→轮缘端面车加工→喷丸→喷丸后磨加工修复端面，粗车去除余量大，加工应力大，对工件后续加工影响较大；精车工序按传统的工序安排，不能有效的修正变形；修复工序只安排喷丸后修复，有可能会应变形量大、可修复余量小，造成超差；统计盘件加工喷丸和热处理工序后型面超差情况变化，对于工件可修复的安装边尺寸，允许修磨量不大于0.1，为避免在喷丸和热处理工序加剧原有趋势下的变形，增加了喷丸前磨加工修复工序；工件榫槽两侧跳动有0.05的跳动技术条件要求，并且在喷丸后对工件允许修磨部分进行修磨时，将两侧榫槽端面作为装夹基准，为保证工件后续修磨精度，减少跳动对工件关重轴向尺寸的影响，在喷丸前增加车加工修复工序；二、确定防变形夹具结构：研究确定工件装夹方式，改进夹具装夹方案，拉榫槽采用加强刚性防变形的专用夹具，解决工件加工时引起的变形问题；为增强拉槽夹具的刚性，在拉槽加工时采用加强盖，压盖压紧方式进行装夹；盘件拉榫槽采用的通用结构为底座压紧的装夹方式，采用在拉削榫槽面支撑，上部压紧的方式；工件榫槽拉削属于大范围金属切削，拉削力较大，压紧结构的局限使工件更易变形；为保证工件的压紧质量，提升压盖的结构强度，增加了榫槽夹具加强盖，在原有夹具基础上装夹夹具加强盖，增加工件夹具的刚性，减小拉削后的工件变形；加工后榫槽端面跳动从0.03～0.09减少到0.03‑0.05；夹具压盖上的孔径为6‑Φ80，并在相邻两孔之间增加加强筋结构，提高了压盖刚性及强度；三、优化走刀路线、切削刀具、加工工步及参数；具体试验工件的主要加工步骤如下：1、半精车盘件毛料为实心腔锻件，半精车加工去除余量大，加工应力引起加工变形致使工件超差现象严重；半精车内腔是工件加工中的难点和关键，此前工件由于需要进行超声波探伤，超声波探伤盲区余量大，并且要求工件形状尽量简单，这样就造成工件的外轮廓直径方向加工余量大，一些特殊部位如：典型的深型腔部位，完全是实心结构，加工余量就更大，加工应力引起加工变形致使工件超差现象也更加严重；对加工不利，工艺在粗车工序增加了型腔去余量，就是尽可能减小后续加工变形；在半精车加工阶段，采用轴向定位、压紧方式，采用专用工装进行加工，减小装夹变形；根据结构尺寸，选择刀具的类型，以不干涉和保持刀具最优强度情况下选择刀具，并用仿真软件进行程序模拟，采用最优的走刀路线，减少加工应力，控制工件变形且有利于排屑和断屑；在接刀部位，沿圆弧进、退刀，保证接刀部位圆滑转接，保证工件的加工质量及表面粗糙度；1.1装夹方式盘件半精加工装夹方式，借用现有工艺中的车基准工序的夹具，采用压板压紧一侧的法兰，该装夹方式可使盘件之间在转序转产时实现零准备时间，同时有效提高了工件装夹精度；1.2刀具结构的优化在借鉴现有刀具结构的基础上，结合数控立车可在正负两个方向上加工的特点，由刀具商专门设计了可双面使用的专用非标刀具，具体如图8所示；该刀具采用了连接刚性更强的CAPTO结构，具有内部冷却通道，冷却液可以通过设置在抵近切削区的喷管准确地喷射在切削区，达到强化冷却的效果；1.3半精加工编程因半精加工需要去除的余量较大，而且法兰内型腔封闭，在半精加工的无人干预程序编程时大量使用了切削力较小的摆线车削方式；这种车削方式最大限度地避免了切削过程中的打刀现象，使整个加工过程连续，同时实现了高温合金材料的高速高进给加工；配合上述专用非标刀具的使用，半精加工过程中经常是使用右侧刀片在X轴正向加工完指定部位后，机床主轴直接切换到反转使用左侧刀片在负向加工指定部位；2花边数控程序优化加工：铣花边是对工件安装边进行的大范围材料去除，由于工件铣加工是对安装边大部分材料的去除，铣削后安装变极易出现上下起伏式跳动变化，从前铣花边采取轮廓粗铣的形式一次去除大部分材料，通过留取0.2余量进行精铣保证尺寸的方式进行；对工件花边的数控加工部分进行了优化，采取了多次分层刀心去除余量的形式，避免一次性大余量的切除，同时采用全过程无干预数控程序，减少了工人对数控程序操作的风险，切削刀具由普通铣刀改为切削效率更高的密齿铣刀，极大的提高了加工后工件的表面质量及加工效率；设备选用数控四坐标加工中心，刃具采用Ф8直径密齿铣刀铣削加工参数：粗铣：n＝1400r/min、f＝788mm/min、ap＝10％D＝0.8mm、at＝4mm精铣：n＝1400r/min、f＝350mm/min、ap＝0.1mm、at＝4mm粗铣给精铣留余量0.1mm；铣削加工走刀路线：铣削采用刀心编程方式进行分层铣削，比原来的轮廓编程“满刀”切削方式切削力降低，既减少了操作者的干预程度，又有利于变形控制；同时每加工10个槽刀具下降3mm，最后利用刀具全新未磨损部位进行精加工，既有效利用了刀具长度，又保证加工精度；变形测量：加工前：端面跳动0.05mm，含机床自身误差有0.05mm；加工后：端面跳动0.05mm，径向拉伸跳动0.05mm；加工前后，变形情况无明显变化，对比轮廓程序加工后0.1的跳动差值表明全自动刀心分层铣削的方法可以有效的减少铣削过程中大余量去除产生的工件变形，同时通过密齿铣刀的应用，有效的提升了切削效率，提高了工件的加工质量；使用成型刀具完成花边边缘处理，实现工件尖边倒圆的机械化，提高工件边缘加工后尺寸的一致性；尖边倒圆改变原有的手工抛光方式，利用加工中心及适合结构的铣加工刀具完成花边边缘倒圆加工；3、喷丸：针对盘件加工变形问题，从喷丸强化方面进行以下操作：喷丸强化过程从两个方面进行改进，第一，调整喷丸强化加工顺序，主要考虑安装边内外两侧的喷丸顺序，通过前期的攻关和数据统计，掌握了安装边在机械加工后的变形趋势和变形量变化范围，按照喷丸强化导致应力转变的基本原理，应用变形补偿的方法抵消一部分应力变形，达到减少工件变形的目的；在经过多次试验后，确定了工件安装边的喷丸强化顺序，将其纳入工艺规程，对喷丸过程进行固化；第二，对现有喷丸参数及喷丸饱和值进行优化，以减少应力变形。