一種整體葉盤銑削減振方法
2023-05-07 15:33:06
專利名稱：一種整體葉盤銑削減振方法
技術領域：
本發明屬於機械加工技術領域，特別涉及一種整體葉盤銑削減振方法。
背景技術：
壓氣機整體葉盤是航空發動機關鍵部件，由高溫合金或鈦合金製成。在加工過程 中，當精銑其葉片型面和流道時，葉片的最大長度和厚度比值為35 1，故葉片呈長懸臂梁 結構，由於葉片懸伸較長，採用通常的加工工藝，葉片受到切削力作用會產生顫振，出現嚴 重的「讓刀」現象，同時，又由於受到葉片之間通道寬度和葉片寬度的限制，刀具直徑小且刀 杆長，葉片受到切削力會產生振動，這種刀具及葉片的耦合顫振會嚴重影響葉片的表面加 工質量，使葉片表面出現魚鱗狀缺陷，導致葉尖段多次加工無法消除魚鱗狀缺陷，致使葉片 表面質量達不到設計要求，造成葉片截面的位置度、輪廓度和扭曲等形位公差超差。
發明內容
本發明的目的在於克服上述缺點，提供一種整體葉盤銑削減振方法，該方法應用 於整體葉盤葉片型面五坐標銑削加工，對壓氣機整體葉盤這種難加工材料，如鎳基高溫合 金、鈦合金等；難加工結構，如流道狹窄、葉片懸伸長、葉身扭角大、開敞性差等弱剛性零件 的加工，能夠增強葉片銑削加工時零件的剛性，降低葉片銑削時產生的變形，消除銑削時在 葉片葉尖部位產生的顫紋，降低葉片表面的粗糙度。本發明整體葉盤銑削減振方法包括以下步驟1、按比例配製填充材料；填充材料成分包括結晶石蠟、液體蠟、松香樹脂、受阻酚類抗氧劑；質量配比為結晶石蠟60% -70%、液體蠟20% -30%、松香樹脂5% _10%、受阻 酚類抗氧劑0. 05% -0.2% ；這種填充材料的特點是低熔點，易凝固；對鈦合金、高溫合金材料不產生腐蝕與 汙染；在液態下有較強的流動性；有一定的粘度與韌性，但不粘刀，不影響銑削效果；原材 料成本低。2、熔化填充材料；將上述的填充材料在金屬容器內充分混合，置於電爐上加熱直至固體蠟完全熔 化，然後攪拌均勻，成為液體填充劑。3、安裝澆注夾具；澆注夾具結構為上端和內側開敞的圓環形結構，如圖2所示，由金屬支撐圓環、底 鋼板和側鋼板形成一個上端和內側開敞的半封閉空間，底鋼板和側鋼板背面均有加強筋作 支撐，以加強底面和外側面的強度。安裝時，澆注夾具位於整體葉盤下方從下往上完全套住 葉盤，金屬支撐圓環與葉盤緣板接觸實現軸向定位和密封，通過找正保證澆注夾具與零件 同心，徑向跳動不大於2mm，側鋼板與葉尖的外邊緣配合間隙為10mm，金屬支撐圓環、底鋼 板和側鋼板與葉盤配合形成上端開敞、內側面和外側面封閉的澆注空間，澆注夾具通過螺
3釘壓板壓緊方式和工具機工作檯固定連接。4、澆注填充劑；向整體葉盤的葉片空隙內按整體等高度方式澆注填充劑，澆注直到填充劑完全澆 滿葉片的空隙，並高出葉片前緣(上部邊緣)最高處5-10mm。澆注要快速，避免由於溫度下 降，填充劑處於半溶融狀態，影響澆注質量。5、填充劑常溫凝固、填充劑助凝及檢查填充劑凝固狀態；1)填充劑常溫凝固時間為10小時至24小時；2)填充劑助凝是通過圓周均布普通電風扇吹風或壓縮空氣逐片吹風冷卻的方法 助凝固，加速縮短凝固時間；3)檢查填充劑凝固狀態的方法是先觀察填充劑的顏色由深變淺，說明填充劑已經 開始凝固，再用探針探入葉片空擋間的最厚處，然後抽出探針，檢查探針上填充劑殘留物固 化狀態，如果探針上有流體狀態的填充劑殘留物，說明填充劑沒有完全凝固，如果探針上的 填充劑殘留物呈固態粉狀，說明填充劑已完全凝固。6、安裝過濾夾具；填充劑凝固後拆下澆注夾具，安裝過濾夾具。過濾夾具為圓環形結構，如圖3所示，側鋼絲網高度只有15mm，遠低於加工時葉盤 葉片後緣(葉片下部底邊)的最低點，底鋼絲網和側鋼絲網背面均有加強柱作支撐，以加強 底面和外側面的強度。安裝時，過濾夾具置於葉盤的下方，通過螺釘壓板壓緊方式和工具機工 作臺固定連接。7、對接銑加工和排屑處理；採用開式葉盤-閉式葉盤組合銑加工，即對接銑加工，將整個葉片型面分兩道工 序加工，如圖4所示，先銑螺旋銑區和對接銑區，此為第一道工序加工，然後上下翻轉葉盤， 準備加工翻轉對接銑區，因為經過第一道工序加工，葉片之間的填充材料只剩少部分，為加 強減振效果，削弱葉片和刀具的耦合顫振，在葉片之間的對接銑區以及對接銑區與螺旋銑 區相鄰的1/3 1/2區域填塞韌性物質，如泡沫，作為減振的輔助方案。要注意韌性物質與 葉片的配合鬆緊程度，不可將葉片頂變形，導致葉片銑薄。填塞韌性物質後，開始銑翻轉對接銑區，此為第二道工序加工。經過兩道工序的加 工，完成對一個葉片的銑削加工。在銑削加工過程中，填充劑會隨著刀具切削成為碎屑，流入冷卻液中，造成加工中 心冷卻液循環系統堵塞、失靈與報警，因此採用過濾夾具將冷卻液和碎屑過濾分開，加工中 視夾具內碎屑充滿程度，定時人工清理碎屑，避免碎屑過滿，溢出過濾夾具，混入冷卻液中。本發明整體葉盤銑削減振方法的優點在於該方法消除了難加工材料零件、複雜結 構零件等弱剛性零件在加工時產生的零件表面銑削變形和顫紋，增強了零件的加工剛性， 使得銑削進給率加大，有效地提高了銑削速度，節約了加工工時，進而節省了加工費用。
圖1為整體葉盤葉片結構示意2為澆注夾具結構示意3為過濾夾具結構示意圖
圖4為整體葉盤葉片加工示意中1輪盤2葉片3葉尖4緣板5金屬支撐圓環6底鋼板7側鋼板8 加強筋9金屬支撐圓形環10底鋼絲網11側鋼絲網12加強柱13螺旋銑區14對 接銑區15翻轉對接銑區
具體實施例方式實施例加工一個壓氣機整體葉盤，整體葉盤由輪盤1和葉片2組成，如圖1所示， 材料為鈦合金。其加工步驟如下1.按固定比例配填充材料；質量配比為結晶石蠟65 %、液體蠟25 %、松香樹脂9. 9 %、受阻酚類抗氧劑_2， 6-三級丁基4甲基苯酚0. 1 % ；2.熔化填充材料；將上述的填充材料在金屬容器內充分混合，置於電爐上加熱直至固體蠟完全熔 化，然後攪拌均勻，成為液體填充劑。3.安裝澆注夾具；如圖2所示，將半封閉圓環形澆注夾具從下往上套住壓氣機整體葉盤，使金屬支 撐圓環5與緣板4接觸保證定位和密封，側鋼板7與葉尖3的外圓配合間隙為10mm，金屬支 撐圓環5、底鋼板6、側鋼板7與葉盤配合形成上端開敞的半密封澆注空間。澆注夾具通過 螺釘壓板壓緊方式和工具機工作檯固定連接。4.澆注填充劑；向壓氣機整體葉盤的葉片2空隙內按整體等高度方式澆注填充劑，澆注直到填充 劑完全澆滿葉片2的空隙，並高出葉片2前緣最高點5-10mm。澆注要快速，避免由於溫度下 降，填充劑處於半溶融狀態，影響澆注質量。5.填充劑常溫凝固、填充劑助凝及檢查填充劑凝固狀態；1)填充劑常溫凝固時間為18小時；2)通過圓周均布普通電風扇吹風或壓縮空氣逐片吹風冷卻的方法助凝固填充劑， 加速縮短凝固時間；3)檢查填充劑的顏色由深變淺，說明填充劑已經開始凝固，再用探針探入葉片2 空擋間的最厚處，然後抽出探針，檢查探針上填充劑殘留物固化狀態。如果探針上的填充劑 殘留物是固態粉狀，說明填充劑已完全凝固。如果探針上有流體狀態的填充劑殘留物，說明 填充劑沒有完全凝固，這時繼續助凝填充劑。4個小時後，再用探針檢查填充劑是否完全凝 固，如果還未完全凝固，重複上述助凝填充劑和探針檢查步驟，直到填充劑完全凝固為止。6.安裝過濾夾具；拆下澆注夾具，如圖3所示，將過濾夾具置在葉盤的下方，通過螺釘壓板壓緊方式 和工具機工作檯固定連接。7.對接銑加工和排屑處理；採用開式葉盤-閉式葉盤組合銑加工，即對接銑加工，將整個葉片2型面分兩道工 序加工，如圖4所示，先銑螺旋銑區13和對接銑區14，此為第一道工序加工。上下翻轉葉盤，準備加工翻轉對接銑區15，因為經過第一道工序加工，葉片2之間的填充材料只剩少部 分，為加強減振效果，削弱葉片2和刀具的耦合顫振，在葉片2之間的對接銑區14以及對接 銑區14與螺旋銑區13相鄰的1/2區域填塞泡沫，作為減振的輔助方案。要注意泡沫與葉 片2的配合鬆緊程度，不可將葉片2頂變形，導致葉片2銑薄。填塞泡沫後，開始銑翻轉對 接銑區15，此為第二道工序加工。經過兩道工序的加工，完成對一個葉片2的銑削加工。在銑削加工過程中，填充劑會隨著刀具切削成為碎屑，流入冷卻液中，用過濾夾具 將冷卻液和碎屑過濾分開，根據夾具內碎屑充滿程度，定時人工清理碎屑。按照上述方法加工壓氣機整體葉盤後，使葉片精度達到葉片型面相對於基準因 變形而扭轉不大於士 18'，葉片型面的輪廓度為0. 10 0. 22，葉片相對於積疊軸的位置度 為0. 4，葉身粗糙度可接近Ral. 6。
權利要求
一種整體葉盤銑削減振方法，其特徵在於該方法是在整體葉盤葉片型面五坐標銑削加工中，在葉盤葉片之間澆注填充劑，其具體工藝步驟如下1)按比例配製填充材料；填充材料成分包括結晶石蠟、液體蠟、松香樹脂、抗氧劑，其質量配比為結晶石蠟60％ 70％、液體蠟20％ 30％、松香樹脂5％ 10％、受阻酚類抗氧劑0.05％ 0.2％；2)熔化填充材料；將填充材料在金屬容器內充分混合，置於電爐上加熱直至固體蠟完全熔化，然後攪拌均勻，成為液體填充劑；3)安裝澆注夾具；澆注夾具位於整體葉盤下方從下往上完全套住葉盤，通過找正保證澆注夾具與零件同心；4)澆注填充劑；按整體等高度方式澆注填充劑，澆注直到填充劑完全澆滿葉片(2)的空隙，並高出葉片(2)前緣最高處5 10mm，澆注要快速，避免由於溫度下降，填充劑處於半溶融狀態；5)填充劑常溫凝固、填充劑助凝及檢查填充劑凝固狀態；填充劑常溫凝固時間為10小時至24小時；填充劑助凝是通過圓周均布普通電風扇吹風或壓縮空氣逐片吹風冷卻的方法助凝固；檢查填充劑凝固狀態的方法是先觀察填充劑的顏色，然後再用探針探入葉片(2)空擋間的最厚處，抽出探針，檢查探針上填充劑殘留物固化狀態；6)安裝過濾夾具；填充劑凝固後拆下澆注夾具，將過濾夾具置於葉盤的下方，通過螺釘壓板壓緊方式和工具機工作檯固定連接；7)對接銑加工和排屑處理。
2.如權利要求1所述的整體葉盤銑削減振方法，其特徵在於，所述澆注夾具為上端和 內側開敞的圓環形結構，由金屬支撐圓環(5)、底鋼板(6)、側鋼板(7)和加強筋⑶組成。
3.如權利要求1所述的整體葉盤銑削減振方法，其特徵在於，所述過濾夾具為圓環形 結構，由金屬支撐圓形環(9)、底鋼絲網(10)、側鋼絲網(11)和加強柱(12)組成。
4.如權利要求1所述的整體葉盤銑削減振方法，其特徵在於，所述對接銑加工分兩道 工序，1)銑葉片的螺旋銑區(13)和對接銑區(14)；2)上下翻轉葉盤，在葉片(2)之間，在對接銑區(14)以及對接銑區(14)與螺旋銑區 (13)相鄰的1/3 1/2區域填塞韌性物質，然後銑翻轉對接銑區(15)。
全文摘要
本發明屬於機械加工技術領域，公開了一種整體葉盤銑削減振方法，其具體工藝步驟包括(1)按比例配製填充材料；(2)熔化填充材料；(3)安裝澆注夾具；(4)澆注填充劑；(5)填充劑常溫凝固、填充劑助凝及檢查填充劑凝固狀態；(6)安裝過濾夾具；(7)對接銑加工和排屑處理。該方法是在整體葉盤葉片型面五坐標銑削加工中，通過在葉盤葉片之間澆注填充劑，增強了葉片銑削加工時零件的剛性，消除了銑削時在葉片葉尖部位產生的顫紋，降低了葉片表面的粗糙度，同時，由於零件及其裝夾系統剛性增強，使得銑削進給率加大，提高了銑削速度。
文檔編號B23Q11/00GK101912990SQ20101023758
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者盧成玉, 嶽召啟, 李家永, 楊堅, 胡曉群, 韓德印 申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司