CN102350542B - 高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法 - Google Patents

Abstract

高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，本发明涉及一种涡轮盘拉削弹性变形消除方法。以解决高温合金涡轮盘在立式数控拉床上拉削轮槽，当精拉时，被拉削部位呈悬臂状态，整体刚性较差，增加了涡轮盘轮槽的弹性变形，影响产品质量的问题。方法一：分段精拉削：先将待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线分成若干个拉削段，之后再对每个拉削段进行精拉削；拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；利用全齿型刀齿进行校正切削；方法二与一的不同是，将分段精拉削替换成精拉刀拉削；精拉刀的齿距等于待拉削的高温合金涡轮盘的厚度或者是待拉削的高温合金涡轮盘的厚度的0.9～1倍。本发明用于消除高温合金涡轮盘拉削产生的弹性变形。

Description

高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮盘拉削弹性变形消除方法，属于机械加工领域。

背景技术

高温合金具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能。切削加工时切削力大，是普通钢材的2～4倍，塑性变形大，在室温下的延伸率可达30%～50%。

高温合金涡轮盘在立式数控拉床上拉削轮槽，按照加工程序每组拉刀拉削一周后换下一组拉刀拉削，当精拉刀开始工作时，被拉削部位呈悬臂状态（如下图），整体刚性较差，增加了涡轮盘轮槽的弹性变形，拉削形成的轮槽比实际设计轮槽要小，影响产品质量，客观上缩短了拉刀的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，以解决高温合金涡轮盘在立式数控拉床上拉削轮槽，当精拉刀开始工作时，被拉削部位呈悬臂状态，整体刚性较差，增加了涡轮盘轮槽的弹性变形，拉削形成的轮槽比实际设计轮槽要小，影响产品质量的问题。

本发明通过降低拉削力的方式降低轮槽受扭矩和弯矩作用产生的弹性变形，然后再采用增大拉刀齿距、分齿加工的方法，达到消除拉削表面回弹的效果。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案有两个，分别是：

方案一：高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，所述方法是这样实现的：

步骤一：分段精拉削：先将待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线分成若干个拉削段，之后再对每个拉削段进行精拉削；

步骤二：拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；在经步骤一分段精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为圆弧线的部分，利用防回弹拉刀的一个刀齿进行防回弹拉削加工；在经步骤一分段精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为直线的部分，利用防回弹拉刀的另一个刀齿进行防回弹拉削加工；所述防回弹拉刀的拉削力为：

F=CF·af^X·Σaw·Ze·K1·K2·K3·K4，

式中F-防回弹拉刀的拉削力，Kg；

af-齿升量，mm；

Σaw—防回弹拉刀每齿切削刃宽，mm；

Ze—防回弹拉刀的工作齿数，Ze=L/t+1,其中L为拉削长度，mm；t为齿距；

CF—工作材料系数；

x—指数；

K1、K2、K3、K4—分别表示拉刀磨损程度、切削液、拉刀前角及后角的修正系数；

步骤三：利用全齿型刀齿进行校正切削；在经步骤二防回弹拉削加工后的高温合金涡轮盘的轮槽上，利用全齿型刀齿进行校正切削。

方案二：高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，所述方法是这样实现的：

步骤一：精拉刀拉削；利用精拉刀对待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线进行精拉削，所述精拉刀的齿距等于待拉削的高温合金涡轮盘的厚度或者是待拉削的高温合金涡轮盘的厚度的0.9~1倍；

步骤二：拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；在经步骤一精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为圆弧线的部分，利用防回弹拉刀的一个刀齿进行防回弹拉削加工；在经步骤一精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为直线的部分，利用防回弹拉刀的另一个刀齿进行防回弹拉削加工；所述防回弹拉刀的拉削力为：

F=CF·af^X·Σaw·Ze·K1·K2·K3·K4，

式中F—防回弹拉刀的拉削力，Kg；

af-齿升量，mm；

Σaw—防回弹拉刀每齿切削刃宽，mm；

Ze-防回弹拉刀的工作齿数，Ze=L/t+1,其中L为拉削长度，mm；t为齿距；

CF-工作材料系数；

x-指数；

K1、K2、K3、K4-分别表示拉刀磨损程度、切削液、拉刀前角及后角的修正系数；

步骤三：利用全齿型刀齿进行校正切削；在经步骤二防回弹拉削加工后的高温合金涡轮盘的轮槽上，利用全齿型刀齿进行校正切削。

本发明的设计思想是：材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形。弹性变形的大小与所受的力成正比。高温合金涡轮盘拉削弹性变形是指高温合金涡轮盘轮槽在拉刀拉削力的作用下，轮槽两侧金属受法向切削力影响而产生的弹性变形。

本发明的有益效果是：本发明的方法是通过在整套拉刀后增添防回弹拉刀以达到消除高温合金涡轮盘轮槽弹性变形的目的。高温合金涡轮盘的轮槽拉削弹性变形消除方法即等同于防回弹拉刀的设计方法。本发明可有效的消除高温合金弹性变形对轮槽质量的影响，提高了产品质量。

附图说明

图1是在待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线上设定第一拉削段的示意图，图2是在待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线上设定第二拉削段的示意图，图3是在待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线上设定第三拉削段的示意图，图4是在高温合金涡轮盘的轮槽的型线上表示圆弧线及直线部分的示意图，图5是表示精拉刀齿距的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图4说明，本实施方式的高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，所述方法是这样实现的：

步骤一：分段精拉削：先将待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线分成若干个拉削段，之后再对每个拉削段进行精拉削（减小拉刀每齿切削刃宽，降低拉削力，减小回弹量50%。划分原则，可根据精拉刀拉削后弹性变形量大小确定，分段精拉削改变了以往全齿型拉削的方法，将型线分成若干拉削部分进行拉削，减小切削长度）；

步骤二：拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；在经步骤一分段精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为圆弧线4的部分，利用防回弹拉刀的一个刀齿进行防回弹拉削加工；在经步骤一分段精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为直线5的部分，利用防回弹拉刀的另一个刀齿进行防回弹拉削加工（可有效降低法向切削力的影响，减小回弹，消除另外50%的回弹量）；

步骤三：利用全齿型刀齿进行校正切削；在经步骤二防回弹拉削加工后的高温合金涡轮盘的轮槽上，利用全齿型刀齿进行校正切削（由于将整段型线分开拉削势必会存在拉刀接刀痕，影响表面精度，在拉刀拉削最末端设计全齿型刀齿进行校正切削，保证加工质量）。

使用时需注意防回弹拉刀须与精拉刀位于同一刀盒，且置于精拉刀之后使用。

具体实施方式二：结合图1-图3说明，本实施方式所述步骤一中，将待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线分成三个拉削段，三个拉削段分别是第一拉削段1、第二拉削段2及第三拉削段3，将靠近高温合金涡轮盘的轮槽槽底处的型线设定为第一拉削段1，将位于高温合金涡轮盘的轮槽中段处的型线设定为第二拉削段2，将靠近高温合金涡轮盘的轮槽槽顶处的型线设定为第三拉削段3；当制造拉削第一拉削段1的精拉刀的刀齿时，第二拉削段2及第三拉削段3的刀齿实体宽度均比精拉刀最大实体宽度缩小0.1mm.；当制造拉削第二拉削段2的精拉刀的刀齿时，第一拉削段1及第三拉削段3的刀齿实体宽度均比精拉刀最大实体宽度缩小0.1mm.；当制造拉削第三拉削段3的精拉刀的刀齿时，第一拉削段1及第二拉削段2的刀齿实体宽度均比精拉刀最大实体长度缩小0.1mm。这样设计，可减小拉刀每齿切削刃宽，降低拉削力。其它方法步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式在步骤二中，所述防回弹拉刀的拉削力为：

F=CF·af^X·Σaw·Ze·K1·K2·K3·K4，

式中F—防回弹拉刀的拉削力，Kg；

af—齿升量，mm；

Σaw—防回弹拉刀每齿切削刃宽，mm；

Ze—防回弹拉刀的工作齿数，Ze=L/t+1,其中L为拉削长度，mm；t为齿距；

CF—工作材料系数；

x—指数；

K1、K2、K3、K4—分别表示拉刀磨损程度、切削液、拉刀前角及后角的修正系数。其它方法步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4和图5说明，本实施方式所述方法是这样实现的：

步骤一：精拉刀拉削；利用精拉刀对待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线进行精拉削，所述精拉刀的齿距P等于待拉削的高温合金涡轮盘的厚度或者是待拉削的高温合金涡轮盘的厚度的0.9~1倍（增大齿距可保证第一齿拉削完成时，轮槽回弹，在下一刀齿拉削时，可将回弹量拉除）；

步骤二：拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；在经步骤一精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为圆弧线4的部分，利用防回弹拉刀的一个刀齿进行防回弹拉削加工；在经步骤一精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为直线5的部分，利用防回弹拉刀的另一个刀齿进行防回弹拉削加工（可有效降低法向切削力的影响，减小回弹，消除另外50%的回弹量）；

步骤三：利用全齿型刀齿进行校正切削；在经步骤二防回弹拉削加工后的高温合金涡轮盘的轮槽上，利用全齿型刀齿进行校正切削（由于将整段型线分开拉削势必会存在拉刀接刀痕，影响表面精度，在拉刀拉削最末端设计全齿型刀齿进行校正切削，保证加工质量）。

具体实施方式五：本实施方式所述防回弹拉刀的拉削力为：

F=CF·af^X·Σaw·Ze·K1·K2·K3·K4，

式中F—防回弹拉刀的拉削力，Kg；

af—齿升量，mm；

Σaw—防回弹拉刀每齿切削刃宽，mm；

Ze—防回弹拉刀的工作齿数，Ze=L/t+1,其中L为拉削长度，mm；t为齿距；

CF—工作材料系数；

x—指数；

K1、K2、K3、K4—分别表示拉刀磨损程度、切削液、拉刀前角及后角的修正系数。其它方法步骤与具体实施方式四相同。

Claims (3)

1.一种高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，其特征在于：所述方法是这样实现的：

步骤一：分段精拉削：先将待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线分成若干个拉削段，之后再对每个拉削段进行精拉削；

步骤二：拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；在经步骤一分段精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为圆弧线（4）的部分，利用防回弹拉刀的一个刀齿进行防回弹拉削加工；在经步骤一分段精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为直线（5）的部分，利用防回弹拉刀的另一个刀齿进行防回弹拉削加工；所述防回弹拉刀的拉削力为：

F=CF·af^X·Σaw·Ze·K1·K2·K3·K4，

式中F—防回弹拉刀的拉削力，Kg；

af—齿升量，mm；

Σaw—防回弹拉刀每齿切削刃宽，mm；

Ze—防回弹拉刀的工作齿数，Ze=L/t+1,其中L为拉削长度，mm；t为齿距；

CF—工作材料系数；

x—指数；

K1、K2、K3、K4—分别表示拉刀磨损程度、切削液、拉刀前角及后角的修正系数；

步骤三：利用全齿型刀齿进行校正切削；在经步骤二防回弹拉削加工后的高温合金涡轮盘的轮槽上，利用全齿型刀齿进行校正切削。

2.根据权利要求1所述的高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，其特征在于：所述步骤一中，将待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线分成三个拉削段，三个拉削段分别是第一拉削段（1）、第二拉削段（2）及第三拉削段（3），将靠近高温合金涡轮盘的轮槽槽底处的型线设定为第一拉削段（1），将位于高温合金涡轮盘的轮槽中段处的型线设定为第二拉削段（2），将靠近高温合金涡轮盘的轮槽槽顶处的型线设定为第三拉削段（3）；当制造拉削第一拉削段（1）的精拉刀的刀齿时，第二拉削段（2）及第三拉削段（3）的刀齿实体宽度均比精拉刀最大实体宽度缩小0.1mm.；当制造拉削第二拉削段（2）的精拉刀的刀齿时，第一拉削段（1）及第三拉削段（3）的刀齿实体宽度均比精拉刀最大实体宽度缩小0.1mm.；当制造拉削第三拉削段（3）的精拉刀的刀齿时，第一拉削段（1）及第二拉削段（2）的刀齿实体宽度均比精拉刀最大实体长度缩小0.1mm。

3.一种高温合金涡轮盘拉削弹性变形消除方法，其特征在于：所述方法是这样实现的：

步骤一：精拉刀拉削；利用精拉刀对待拉削的高温合金涡轮盘的轮槽的型线进行精拉削，所述精拉刀的齿距（P）等于待拉削的高温合金涡轮盘的厚度或者是待拉削的高温合金涡轮盘的厚度的0.9~1倍；

步骤二：拉刀刀齿以两齿为一组完成一齿升量进行防回弹拉削；在经步骤一精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为圆弧线（4）的部分，利用防回弹拉刀的一个刀齿进行防回弹拉削加工；在经步骤一精拉削后的高温合金涡轮盘的轮槽的型线为直线（5）的部分，利用防回弹拉刀的另一个刀齿进行防回弹拉削加工；所述防回弹拉刀的拉削力为：

F=CF·af^X·Σaw·Ze·K1·K2·K3·K4，

式中F—防回弹拉刀的拉削力，Kg；

af—齿升量，mm；

Σaw—防回弹拉刀每齿切削刃宽，mm；

Ze—防回弹拉刀的工作齿数，Ze=L/t+1,其中L为拉削长度，mm；t为齿距；

CF—工作材料系数；

x—指数；

K1、K2、K3、K4—分别表示拉刀磨损程度、切削液、拉刀前角及后角的修正系数；

步骤三：利用全齿型刀齿进行校正切削；在经步骤二防回弹拉削加工后的高温合金涡轮盘的轮槽上，利用全齿型刀齿进行校正切削。

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