一种高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种减少高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工时打刀现象，降低生产成本，优质、高效完成零件加工的方法，该方法针对整体叶轮窄槽开敞性差、加工难度大的特点，将环形深窄槽加工区域划分为3个区域并确定可行性加工路线，采用先车削部分窄槽，然后加工辐板部位，最后再全部清除窄槽余量，确保整体叶轮加工质量最优。采用变参数车削高温合金整体叶盘环形深窄槽方法，优化了切削参数，减小了切削振动，进而提高了刀具耐用度，减少了断刀现象的产生，实现高温合金整体叶轮环形深窄槽优质、高效、低成本加工。

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法
本专利技术属于机械制造领域，特别提供一种轴流式高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法。
技术介绍
目前，整体叶轮类零件在航空发动机中所占的比重非常大，发动机整体叶轮的应用越来越广泛，随着制造业的发展，整体叶轮类零件的结构设计趋于向多样化、高性能化发展，对加工刃具的选择和加工参数的选用都要求十分严格，受特种加工技术对材料性能影响及加工精度等要求的限制，机械加工仍是应用最广泛的加工方法。特别是高温合金环形深窄槽部位开敞性差，精度不易保证。加工振动大，排屑困难，铁屑易堵塞，造成断刀，且效率低、成本高。同时，窄槽加工区域划分和加工顺序需要不断优化，提高零件的整体加工质量。目前，整体叶轮环形槽的加工方法多采用成型刀具加工完成，将窄槽车完，再车辐板等部位，这种方法对于具有开敞性差的环形结构槽，且辐板壁薄的整体叶轮不太适合。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种减少高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工时打刀现象，降低生产成本，优质、高效完成零件加工的方法。该方法针对整体叶轮窄槽开敞性差、加工难度大的特点，对加工区域进行合理划分并确定可行性加工路线，采用先车削部分窄槽，然后加工辐板部位，最后再全部清除窄槽余量，确保整体叶轮加工质量最优。采用变参数车削高温合金整体叶盘环形深窄槽方法，优化了切削参数，减小了切削振动，进而提高了刀具耐用度，减少了断刀现象的产生，实现高温合金整体叶轮环形深窄槽优质、高效、低成本加工。本专利技术具体提供了一种高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法，其特征在于，加工步骤如下：(1)将环形深窄槽加工区域划分为3个区域：区域Ⅰ1、区域Ⅱ2、区域Ⅲ3(三个区域的划分原则是刀具不与零件产生干涉，能够有效避免过切和欠切)；(2)分析刀具在进给过程中的受力情况；(3)选择合适的非标槽刀a、b、c，刀具a刀尖半径为3mm，刀具b刀尖半径为3mm，刀具c刀尖半径为2.1mm，所用球形槽刀片半径R为1～1.5mm；(4)规划加工路线：粗加工阶段加工路线：区域Ⅰ1→区域Ⅱ2→整体叶轮辐板及转接部分4→区域Ⅲ3；精加工阶段加工路线：区域Ⅰ1→区域Ⅲ3→区域Ⅱ2；(5)用UG软件生成数控刀具轨迹；粗加工采取插削方式，采用恒定车床主轴转速，改变线速度的加工方式，刀具悬伸量80～100mm，最大切削速度Vmax＝32m/min，最小切削速度Vmin＝28m/min，每转进给量fn＝0.1-0.25mm/r，切削深度ap＝1.5mm；精加工采用单向轮廓切削，采用恒定切削速度、变主轴转速方式加工，恒线速度Vc＝30m/min，每转进给量fn＝0.15mm/r，切削深度ap＝0.2mm；(6)利用UG后置处理功能将刀轨代码转换为G代码，运用VERICUT软件进行数控车削程序仿真；(7)编辑数控车削程序；(8)加工环形叶轮零件：选用数控立车对零件进行加工。本专利技术高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤(1)，将窄槽加工区域划分为3个区域(如图1中所示区域Ⅰ1、区域Ⅱ2、区域Ⅲ3)。三个区域的划分与通常的两个区域的加工方法相比，可减少切削过程中的过切和欠缺，增强了刀具的可达性，可行性。步骤(2)，分析刀具在进给过程中的受力情况，根据加工区域分析，选用的槽刀刀板薄，最大厚度仅为4mm，对径向力的耐受程度较小，因此，必需将刀具在加工过程中的受力状态分析清楚，以保证加工过程中该刀具所承受的径向力最小。同时还要从切削参数的选用方面考虑到槽刀片的耐用度大小。刀具示意图及进给方向受力分析见图2。步骤(3)，根据第(1)(2)项分析，选择三把槽刀a、b、c，刀具a刀尖半径为3mm，刀具b刀尖半径为3mm，刀具c刀尖半径为2.1mm；为保证加工效率，减少切削振动，刀具悬伸不能太大(80～100mm)，径向进给率不能太大，刀具必须保证能够充分冷却。所用球形槽刀片半径根据窄槽部位圆角大小确定(本专利技术选用半径R为1～1.5mm的球形槽刀片)。刀具尺寸的确定需根据各自加工的区域尺寸来确定，确保刀具具有可达性、可行性。避免产生过切和欠切，同时必须保证刀具能够充分冷却。步骤(4)，依据环形深窄槽的结构特点，在粗加工时采取单向插削方式，为了减小切削过程中的振动问题，保持较低的进给率，最小化刀具悬伸。应保持低的进给率，以避免切屑堵塞。从切削最大直径开始，并向内切削以获取最佳切屑控制。选用刀具a切削窄槽区域Ⅰ1，刀具b切削窄槽区域Ⅱ2，刀具c切削窄槽区域Ⅲ3(刀具a、b、c如图2所示)。粗加工采用插削方式，切深1.5mm，确保在加工整体叶轮辐板(图1箭头4所示位置)时的加工质量，提高加工系统刚性，减少切削加工变形。粗加工阶段加工路线：环形深窄槽区域Ⅲ3待加工完辐板(整体叶轮辐板及转接部分4)之后再进行切削加工，可以最大限度保证整体叶轮加工时的整体刚性，保证加工精度。具体加工路线为：粗加工阶段加工路线：区域Ⅰ1→区域Ⅱ2→整体叶轮辐板及转接部分4→区域Ⅲ3。精加工阶段加工路线：区域Ⅰ1→区域Ⅲ3→区域Ⅱ2。该路线可有效避免产生接刀痕，提高零件表面完整性，进而提高零件的使用寿命。步骤(5)，利用UG软件编程功能，在选定的切削区域中建立并生成刀具轨迹。粗加工采取插削方式，采用恒定车床主轴转速，改变切削速度的加工方式，刀具悬伸量80mm，最大切削速度Vmax＝32m/min，最小切削速度Vmin＝28m/min，每转进给量fn＝0.2mm/r。切削深度ap＝1.5mm。在去除工件大余量，切余量不均匀时，切削速度改变，使得切削力大小改变，进而改变了刀具振幅，减少了切削系统振动，减少了打刀现象，确保零件加工质量。精加工采用单向轮廓切削，采用恒定切削速度、变主轴转速方式加工，恒切削速度方式加工有利于保证车刀在零件余量均匀的条件下，沿轮廓切削的稳定性，减小切削振动,使得刀具的切削阻力大为减少，恒定的切削速度Vc＝30m/min，每转进给量fn＝0.15mm/r。切削深度ap＝0.2mm。粗加工时刀具轨迹见图3～5。精加工时刀具轨迹见图6～8。步骤(6)，利用UG后置处理将刀轨代码转换为G代码。本专利技术采用三轴联动加工，生成的刀具轨迹经过VERICUT数控加工仿真软件进行刀具轨迹的仿真，确保加工过程中无干涉、过切及碰撞，同时减少了打刀现象的产生。步骤(7)，数控程序编制，根据实际情况，加入数控防错程序，避免数控立车操作人员输入刀补时产生错误。步骤(8)，选用数控立车加工，按给定的工艺技术文件装夹零件进行加工。本专利技术采用合理分区域车削加工高温合金整体叶轮环形深窄槽的方法，留取窄槽部分区域余量增加系统刚性；运用变参数加工方法，降低了刀具承受的切削力，减小了切削振动，从而减少了铁屑阻塞及加工中的断刀现象。该方法可广泛应用于其它整体叶轮类零件车加工过程中，以满足工件材料、零件几何形状、精度和表面质量等方面的要求。附图说明图1为本专利技术环形叶轮局部横截面余量图(其中4为整体叶轮辐板及转接部分)。图2为本专利技术刀具示意图及进给方向受力分析。图3为本专利技术粗加工环形叶轮窄槽区域1刀具轨迹。图4为本专利技术粗加工环形叶轮窄槽区域2刀具轨迹。图5为本专利技术粗加工环形叶轮窄槽区域3刀具轨迹。图6为本专利技术精加工环形叶轮窄槽区域1刀具轨迹。图7为本专利技术精加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将环形深窄槽加工区域划分为3个区域：区域Ⅰ(1)、区域Ⅱ(2)、区域Ⅲ(3)；(2)分析刀具在进给过程中的受力情况；(3)选择合适的非标槽刀a、b、c，刀具a刀尖半径为3mm，刀具b刀尖半径为3mm，刀具c刀尖半径为2.1mm，所用球形槽刀片半径R为1～1.5mm；(4)规划加工路线：粗加工阶段加工路线：区域Ⅰ(1)→区域Ⅱ(2)→整体叶轮辐板及转接部分(4)→区域Ⅲ(3)；精加工阶段加工路线：区域Ⅰ(1)→区域Ⅲ(3)→区域Ⅱ(2)；(5)用UG软件生成数控刀具轨迹：粗加工采取插削方式，采用恒定车床主轴转速，改变线速度的加工方式，刀具悬伸量80～100mm，最大切削速度Vmax＝32m/min，最小切削速度Vmin＝28m/min，每转进给量fn＝0.1‑0.25mm/r，切削深度ap＝1.5mm；精加工采用单向轮廓切削，采用恒定切削速度、变主轴转速方式加工，恒线速度Vc＝30m/min，每转进给量fn＝0.15mm/r，切削深度ap＝0.2mm；(6)利用UG后置处理功能将刀轨代码转换为G代码，运用VERICUT软件进行数控车削程序仿真；(7)编制数控车削程序；(8)加工环形叶轮零件：选用数控立车对零件进行加工。...

【技术特征摘要】
1.一种高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将环形深窄槽加工区域划分为3个区域：区域Ⅰ(1)、区域Ⅱ(2)、区域Ⅲ(3)；(2)分析刀具在进给过程中的受力情况；(3)选择合适的非标槽刀a、b、c，刀具a刀尖半径为3mm，刀具b刀尖半径为3mm，刀具c刀尖半径为2.1mm，所用球形槽刀片半径R为1～1.5mm；(4)规划加工路线：粗加工阶段加工路线：区域Ⅰ(1)→区域Ⅱ(2)→整体叶轮辐板及转接部分(4)→区域Ⅲ(3)；精加工阶段加工路线：区域Ⅰ(1)→区域Ⅲ(3)→区域Ⅱ(2)；(5)用UG软件生成数控刀具轨迹：粗加工采取插削方式，采用恒定车床主轴转速，改变线速度的加工方式，刀具悬伸量80～100mm，最大切削速度Vmax＝32m/min，最小切削速度Vmin＝28m/min，每转进给量fn＝0.1-0.25mm/r，切削深度ap＝1.5mm；精加工采用单向轮廓切削，采用恒定切削速度、变主轴转速方式加工，恒线速度Vc＝30m/min，每转进给量fn＝0.15mm/r，切削深度ap＝0.2mm；(6)利用UG后置处理功能将刀轨代码转换为G代码，运用VERICUT软件进行数控车削程序仿真；(7)编制数控车削程序；(8)加工环形叶轮零件：选用数控立车对零件进行加工。2.按照权利要求1所述高温合金整体叶轮环形深窄槽车加工方法，其特征在于，具体加工步骤如下：步骤(1)，将窄槽加工区域划分为3个区域：区域Ⅰ(1)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金发，陈雷，杨万辉，王璇，张旭，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21