CN102922244A - 钛合金叶轮表面完整性加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金叶轮表面完整性加工方法,通过设备的选择、工序步骤的设计及参数的设置,使叶轮表面完整性达到了要求的标准,同时,为了保证叶轮表面光度的要求,采用了磨粒流表面抛光技术。本发明有效的提高了叶轮的寿命,并应用到实际的产品加工过程中,效果明显。

Description

钛合金叶轮表面完整性加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种加工方法,尤其是一种钛合金叶轮表面完整性加工方法。

背景技术

[0002] 现有航空领域中的钛合金叶轮的加工,一般为车削后铣削加工,对于叶轮的表面完整性不做过多地补充处理,导致叶轮普遍寿命不高,达不到设计要求寿命最低限40000次循环。因此,为了提高叶轮的寿命,需要对叶轮的表面完整性提出了新的要求,即:

叶片表面粗糙度达到RaO. 4 ;

表面残余应力要求:如果应力测量值I。I彡210 MPa,那么其各点的应力变化满足Δ σ彡60 MPa,切向应力满足τ彡8 MPa ;如果应力测量值| σ |〈 210 MPa,那么其各点的 应力变化满足Λ σ彡30 MPa或σ /4 (两个值中最大的),切向应力满足τ ^ 8 MPa ;加工后无磨削烧伤、无表面硬化。

[0003] 这些叶轮表面完整性要求可以是保证叶轮寿命,但目前对于其加工的具体步骤尚属空白。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种钛合金叶轮表面完整性加工方法,可以实现在加工后叶轮的几何精度、表面粗糙度、表面残余应力和表面微观缺陷满足叶轮表面完整性的设计要求,无磨削烧伤和表面硬化。

[0005] 本发明的具体技术方案为如下所述,加工方法包括以下步骤:

1)锻造成型:锻造成毛坯;

2)粗加工:对毛坯进行粗加工,加工后余量为O. 8〜I. 2_,对基准进行粗加工,加工后的余量为O. 5〜O. 8mm;

3)精加工基准:精加工基准至尺寸要求;

4)加工内孔:用数控车削设备加工叶轮内孔,刀具采用强力内冷刀杆、仿形圆刀片,冷却液流量2. 5〜3m3/h,压力18〜22Bar;切削线速度15〜20m/min,进给量4. 8〜5. 8mm/min,每次切削深度O. 04〜O. 05mm,最终加工至余量为O. 15〜O. 25mm ;

5)加工叶片:

装夹工件:通过夹具支撑和压紧加工好的基准,将叶轮安装在5轴数控铣削加工中心设备上;

粗加工工步:加工的刀具为锥度四齿球头指形铣刀,其整体刀长90〜100mm,夹持直径为12mm,单边锥度4度,切削刃长彡40mm,球头直径8mm,刀具探出长彡40mm ;每次切削深度2mm,刀具主轴转速2500〜2600r/min,进给量300〜350mm/min,加工至表面余量O. 15〜

O. 25mm ;

叶片精加工工步:加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长90〜100mm,夹持直径6mm,单边锥度4度,切削刃> 15mm,球头直径为3mm,探出长> 40mm ;每次进刀切削深度O. 1mm,主轴转速3100〜3200r/min,进给量500〜550mm/min ;加工至要求尺寸;

叶片流道精加工工步;加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长90〜100mm,夹持直径6mm,单边锥度4度,切削刃> 15mm,球头直径为3mm,探出长> 40mm ;每次进刀切削深度O. 15〜O. 05mm,切削宽度O. 2〜O. 25mm ;主轴转速2800〜3000r/min,进给量500〜550mm/min ;加工至要求尺寸;

6)抛光:用磨料为碳化硅材质的砂纸进行抛光,砂纸粒度分别为P600〜P1000,至去除加工后的所有刀痕;

7)磨粒流加工:设备为磨粒流机,采用碳化硅复合磨料,工作温度30〜35°C,工作压力20〜25Bar,磨粒循环30〜50次;

8)磨削外轮廓:采用碳化硅砂轮,粒度160,软型;冷却液流量加工外轮廓时工件转速200〜220r/min,砂轮Z向走刀速度20〜25mm/miη ;加工端面时工件转速80〜90r/min ;加工大外径时工件转速50〜60r/min,加工其它轴径时工件转速80〜90r/min,最终将所 有位置加工至要求尺寸;

9)最终检验。

[0006] 本发明通过设备的选择、工序步骤的设计及参数的设置,使叶轮表面完整性达到了要求的标准,同时,为了保证叶轮表面光度的要求,采用了磨粒流表面抛光技术。本发明有效的提高了叶轮的寿命,并应用到实际的产品加工过程中,效果明显。

具体实施方式

[0007] 钛合金叶轮表面完整性加工方法包括以下步骤:

1)锻造成型:锻造成毛坯;

2)粗加工:对毛坯进行粗加工,加工后余量为O. 8〜I. 2_,对基准进行粗加工,加工后的余量为O. 5〜O. 8mm;

3)精加工基准:精加工基准至尺寸要求;

4)加工内孔:用数控车削设备加工叶轮内孔,刀具采用强力内冷刀杆、仿形圆刀片,冷却液流量2. 5〜3m3/h,压力18〜22Bar;切削线速度15〜20m/min,进给量4. 8〜5. 8mm/min,每次切削深度O. 04〜O. 05mm,最终加工至余量为O. 15〜O. 25mm ;

5)加工叶片:

装夹工件:通过夹具支撑和压紧加工好的基准,将叶轮安装在5轴数控铣削加工中心设备上;

粗加工工步:加工的刀具为锥度四齿球头指形铣刀,其整体刀长90〜100mm,夹持直径为12mm,单边锥度4度,切削刃长彡40mm,球头直径8mm,刀具探出长彡40mm ;每次切削深度2mm,刀具主轴转速2500〜2600r/min,进给量300〜350mm/min,加工至表面余量O. 15〜

O. 25mm ;

叶片精加工工步:加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长90〜100mm,夹持直径6mm,单边锥度4度,切削刃> 15mm,球头直径为3mm,探出长> 40mm ;每次进刀切削深度O. 1mm,主轴转速3100〜3200r/min,进给量500〜550mm/min ;加工至要求尺寸;

叶片流道精加工工步;加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长90〜100mm,夹持直径6mm,单边锥度4度,切削刃> 15mm,球头直径为3mm,探出长> 40mm ;每次进刀切削深度O. 15〜O. 05mm,切削宽度O. 2〜O. 25mm ;主轴转速2800〜3000r/min,进给量500〜550mm/min ;加工至要求尺寸;

6)抛光:用磨料为碳化硅材质的砂纸进行抛光,砂纸粒度分别为P600〜P1000,至去除加工后的所有刀痕;

7)磨粒流加工:设备为磨粒流机,采用碳化硅复合磨料,工作温度30〜35°C,工作压力20〜25Bar,磨粒循环30〜50次;

8)磨削外轮廓:采用碳化硅砂轮,粒度160,软型;冷却液流量加工外轮廓时工件转速200〜220r/min,砂轮Z向走刀速度20〜25mm/miη ;加工端面时工件转速80〜90r/min ;加工大外径时工件转速50〜60r/min,加工其它轴径时工件转速80〜90r/min,最终将所有位置加工至要求尺寸;

9)最终检验。 实施例

[0008] 某涡轴航空发动机的二级叶轮,其材料为钛合金,要求加工后的各项指标为: 叶片表面粗糙度达到RaO. 4 ;

表面残余应力要求:如果应力测量值I。I彡210 MPa,那么其各点的应力变化满足Δ σ彡60 MPa,切向应力满足τ彡8 MPa ;如果应力测量值| σ |〈 210 MPa,那么其各点的应力变化满足Λ σ < 30 MPa或σ /4 (两个值中最大的),切向应力满足τ ^ 8 MPa ;磨削加工后表面无烧伤、无表面硬化。

[0009] 具体的实施过程如下:

Cl)锻造成型:锻造成毛坯;

(2) 粗加工:对毛坯进行粗加工,加工后余量为1mm,对基准进行粗加工,加工后的余量为O. 5mm;

(3)精加工基准:精加工基准至尺寸要求;

(4)加工内孔:用型号为CINCINNATI LAMB HTC300的车削设备加工叶轮内孔,刀具采用强力内冷刀杆、钛合金仿形车圆刀片,冷却液流量2. 5m3/h,压力18Bar;切削线速度15m/min,进给量4. 8mm/min,每次切削深度O. 05mm,最终加工至余量为O. 2mm ;

(5)加工叶片:

a)装夹工件:通过加工好的基准将叶轮安装在5轴数控铣削加工中心LX051设备上;

b)加工的刀具为锥度四齿球头指形铣刀,其整体刀长100mm,单边锥度4度,夹持直径12mm,切削刃彡20mm,球头直径8mm,刀具探出长彡40mm ;切削深度2mm,主轴转速2653r/min,进给量300mm/min,加工余量为O. 2mm ;

c)叶片精加工工步:加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长100mm,单边锥度4度,夹持直径12mm,切削刃彡15mm,探出长彡40mm;切削深度O. 1臟,主轴转速3180r/min,切削速度50m/min,进给量500mm/min ;加工至要求尺寸;

d)叶片流道精加工工步;加工的刀具为两齿球头铣刀,整体刀长100mm,直径为3mm,单边锥度4度,夹持直径12mm,切削刃15mm,探出长40mm ;切削深度O. 1mm,切削线速度44m/min,进给量500mm/min,切削深度O. 13mm,切削宽度O. 25mm ;加工至要求尺寸;

(6) 抛光:用牌号为碳化硅材质的砂纸进行抛光,砂纸粒度分别为P600,至去除加工后的所有刀痕;

(7) 磨粒流:设备为磨粒流机,采用碳化硅复合磨料,磨料牌号MF-24S (80)-30S(80)-400 S (40),工作温度33 °C,工作压力20bar,磨粒循环30次;

(8)磨削外轮廓:采用碳化硅砂轮,粒度160,软型;冷却液流量加工外轮廓时工件转速210r/min,砂轮Z向走刀速度22mm/min ;加工端面时工件转速85r/min ;加工大外径时工件转速50r/min,加工轴径时工件转速85r/min最终将所有位置加工至要求尺寸;

(9)最终检验。

[0010] 最终检验结果为:

叶片表面粗糙度达到RaO. 24 ; 表面残余应力达到:I。I彡325 MPa : Δ σ ^ 30 MPa, τ彡3. 26 MPa;

磨削加工后表面无烧伤、无表面硬化。

[0011] [0011]结果表明,该产品合格。

Claims (1)

1. 一种钛合金叶轮表面完整性加工方法,其特征是,所述的方法包括以下步骤: 1)锻造成型:锻造成毛坯; 2)粗加工:对毛坯进行粗加工,加工后余量为O. 8〜I. 2_,对基准进行粗加工,加工后的余量为O. 5〜O. 8mm; 3)精加工基准:精加工基准至尺寸要求; 4)加工内孔:用数控车削设备加工叶轮内孔,刀具采用强力内冷刀杆、仿形圆刀片,冷却液流量2. 5〜3m3/h,压力18〜22Bar;切削线速度15〜20m/min,进给量4. 8〜5. 8mm/min,每次切削深度O. 04〜O. 05mm,最终加工至余量为O. 15〜O. 25mm ; 5)加工叶片: 装夹工件:通过夹具支撑和压紧加工好的基准,将叶轮安装在5轴数控铣削加工中心设备上; 粗加工工步:加工的刀具为锥度四齿球头指形铣刀,其整体刀长90〜100mm,夹持直径为12mm,单边锥度4度,切削刃长彡40mm,球头直径8mm,刀具探出长彡40mm ;每次切削深度2mm,刀具主轴转速2500〜2600r/min,进给量300〜350mm/min,加工至表面余量O. 15〜O. 25mm ; 叶片精加工工步:加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长90〜100mm,夹持直径6mm,单边锥度4度,切削刃> 15mm,球头直径为3mm,探出长> 40mm ;每次进刀切削深度O. 1mm,主轴转速3100〜3200r/min,进给量500〜550mm/min ;加工至要求尺寸; 叶片流道精加工工步;加工的刀具为锥度两齿球头指形铣刀,整体刀长90〜100mm,夹持直径6mm,单边锥度4度,切削刃> 15mm,球头直径为3mm,探出长> 40mm ;每次进刀切削深度O. 15〜O. 05mm,切削宽度O. 2〜O. 25mm ;主轴转速2800〜3000r/min,进给量500〜550mm/min ;加工至要求尺寸; 6)抛光:用磨料为碳化硅材质的砂纸进行抛光,砂纸粒度分别为P600〜P1000,至去除加工后的所有刀痕; 7)磨粒流加工:设备为磨粒流机,采用碳化硅复合磨料,工作温度30〜35°C,工作压力20〜25Bar,磨粒循环30〜50次; 8)磨削外轮廓:采用碳化硅砂轮,粒度160,软型;冷却液流量加工外轮廓时工件转速200〜220r/min,砂轮Z向走刀速度20〜25mm/miη ;加工端面时工件转速80〜90r/min ;加工大外径时工件转速50〜60r/min,加工其它轴径时工件转速80〜90r/min,最终将所有位置加工至要求尺寸; 9)最终检验。
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