CN102950318A - 在涡轮叶片的生产中用于铣削坯料的方法 - Google Patents

Abstract

在用于在涡轮叶片（6）的生产中铣削坯料（2）的方法中，涡轮叶片（6）在最终状态下具有至少用于固定到支架的至少一个叶片根（8）以及在纵向（12）上延伸的一个邻接的叶片体（10），其中该坯料（2）在其根侧上被夹持在固定件（4A，4B）中，然后借助于铣刀（14A，14B）进行机加工。在前进方向（16）中，移动该铣刀（14A，14B）用于粗加工，其中根据摆线铣削方法将一种环形移动叠加在该前进移动上。

Description

在涡轮叶片的生产中用于铣削坯料的方法

技术领域

本发明涉及在涡轮叶片的生产中用于铣削坯料的方法，该涡轮叶片在最终状态具有用于固定到支架的至少一个叶片根、和邻接该叶片根并且在纵向上延伸的一个叶片体。

背景技术

由于它们必须忍受高热和高机械负载，涡轮叶片由所称的超级合金组成。这些合金总体上的特征在于例如>1000N/mm²的非常高的强度和耐高温性。工具、尤其是用于机加工这样的超级合金的铣削工具因此常常经受高度磨损。此外，与更柔软的钢材相比，机加工速率显著降低。

为生产具有勾住支架的叶片根的此类涡轮叶片，使整体式坯料，即通常具有近似平行立面体形状的工件，经受铣削操作。

当从截面观看时，涡轮叶片的叶片体通常具有近似翼型轮廓。EP1 034 865A1公开了机加工坯料的铣削方法，其中围绕坯料以近似螺旋形状引导铣刀，因此去除连续的材料直到完成期望的最终轮廓。在该方法中的机加工时间相对较长。

发明内容

由此开始，本发明基于的目的是提供用于铣削坯料以生产尤其是由超级合金组成的涡轮叶片的一种改进的方法。

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的方法实现这个目标。该方法用来从单件的、整体式的坯料中生产涡轮叶片，其中该涡轮叶片具有至少一个叶片根以及在纵向上延伸的邻接的叶片体。在此，坯料在其根侧、即在叶片根处夹持到一个固定件上，然后在铣刀的辅助下机加工。在此提出，在前进方向上移动铣刀用于粗加工，根据摆线铣削方法将一种环形移动叠加到该前进移动上。

在本例子中因此可以看到，一个主要方面在于，对于这样的坯料，借助于摆线铣削方法实施粗加工以生产涡轮叶片。

在摆线方法中，环形移动总体上叠加在前进移动上。铣刀仅受到较小程度的负载可以看成摆线铣削的优点，当机加工超级合金时是特别有利的。在此描述的、从整体式坯料中生产涡轮叶片的方法中，使用合适的安装装置常常将整体式坯料在其相对端面处进行夹持。然而，可用于夹持的表面非常小，这意味着仅可以施加较小的保持力。尤其是在具有长度>50cm直到200cm的长度的涡轮叶片的情况下，在传统的铣削方法中施加较大的力会引起问题。通过摆线方法负载保持较低。

相比传统的铣削方法，该工具磨损也比较低。结果是，铣削工具的使用寿命也大幅增加。

在一个特别有利的实施方案中，提出在叶片体的区域中借助于摆线铣削方法机加工坯料。精确地说，为了在叶片体的区域中进行坯料的机加工，即远离设置在端面上的固定件，在此摆线铣削由于其很小的负载而具有决定性的优点。

优选地提出，铣刀的前进方向是纵向方向；铣刀因此从叶片根开始，沿着叶片体在叶片体的纵向上受引导。

摆线铣削方法尤其使用在大型涡轮叶片中。在此，相比传统的用于涡轮叶片的铣削方法，可以实现相当的时间节省以及因此的成本节省。

在一个有利的方式中，在粗加工过程中的整个材料的去除仅发生一个工作步骤中，即铣刀在待机加工的位置上的单一移动。因此，不像传统的铣削方法，在此不要求在待机加工的位置上多次移动铣刀即可实现期望的材料去除。在此描述的摆线铣削方法中，所称的轴向切削深度，即铣刀在其铣刀纵轴的方向上进入到工件的深度，因此对应于期望的材料去除，即待去除的材料深度。

为了实现最小的工具磨损，在此优选地进一步提出，这个轴向切削深度对应于铣刀的切削刃的切削刃长度的大部分。由此意味着铣刀例如以其切削刃长度的至少70%-80%与工件（坯料）接合。这总体上导致整个切削刃均匀地负载并且因此还均匀地磨损。相比传统的铣削方法，其中尤其在超级合金的机加工过程中，相应的铣刀仅以其切削刃长度的一部分与工件接合，在此实现了大幅度减少工具磨损的整体效果。

轴向切削深度在此优选地是>4mm并且例如在5mm的范围内。

为了实现尽可能快速的机加工方法，进一步提出，在摆线铣削过程中的环形移动的直径对应于坯料的宽度。铣刀因此在坯料的整个侧面上在前进方向上仅通过一次，因此没有要求铣刀反转即可产生多个彼此相邻的铣削路径。

为此目的，铣刀优选地具有在坯料的待机加工宽度的40%至70%范围内的直径。

为了在叶片体的区域中机加工，在一个有利的实施方案中使用了装备有可分度切削镶片的面铣刀。由此意味着一种通常具有近似圆柱体铣刀头的铣刀，在铣刀头前部圆周侧安排有多个可更换的切削镶片，尤其是可分度的切削镶片，该可分度切削镶片在圆周侧和端部侧两者上越过支架突出。

用该面铣刀在叶片体的区域中的坯料的机加工仅是粗加工，其中还未机加工出涡轮叶片的翼型截面形状特征。为了进行该最终轮廓机加工，有利地利用一种补充铣削方法，例如在EP 1 034 865A1中描述的铣削方法。借助于摆线铣削的粗方法与第二轮廓铣削方法的组合总体上产生了一种用于从超级合金生产涡轮叶片的非常有效和省时的机加工方法。

坯料直到涡轮叶片的整个机加工方法优选地在没有对工件的任何再夹持或松开的情况下发生。不同的铣削方法因此借助于单个加工机床实施，至多进行工具的更换和铣刀的不同控制。

除了借助于摆线铣削方法的叶片体的机加工之外，叶片根也用这样的铣削方法机加工以便将所称的保持槽铣削到叶片根中。在此整个保留槽优选地仅在一个方法步骤中铣削，即该待切削的槽深度对应于铣刀的轴向切削深度，而槽宽度对应于在摆线铣削过程中环形移动的直径。

为了进行槽机加工，有利地使用所称的端铣刀，端铣刀在其前部例如还具有优选地多个由实心材料坯料机加工而成的、螺旋式运行的切削刃。

为此目的，尤其利用具有正向切削刃几何形状的传统的端铣刀。正向切削刃几何形状是指锥形的切削刃。该切削刃因此形成锐角，与切削刃形成钝角即>90°的角度的负切削刃几何形状不同。对于这样的负切削刃几何形状，可能进行的不是切削而是所称的刮擦。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的一个示例性实施方式。在这些附图中，每个图都是示意性地并且以大幅度简化的形式表示：

图1示出夹持中的坯料的俯视图，其中指示出了面铣刀；

图2示出的坯料的放大侧面细节图，带有面铣刀；

图3示出在摆线铣削过程中铣刀的移动顺序的示意性图示；

图4在侧视图中示出具有安排在两端侧的叶片根以及用于在保留槽中铣削的端铣刀的一个涡轮叶片；并且

图5示出用于机加工保留槽的一个端铣刀的侧视图。

在这些图中，等价的部分配有相同的参考数字。

具体实施方式

如在图1中所示，在此处未进一步详细展示的一个机加工站中，坯料2夹持在由两个保持爪4A、4B组成的固定件中。

坯料2是包括超级合金的、整体式的、常规的平行立面体块。

坯料2用于涡轮叶片6的生产，如在图4所表示的几乎最终的机加工后的状态。在其两个端部侧的每个上，涡轮叶片6具有一个相应的叶片根8，一个叶片体10在叶片根8之间延伸。在机加工后的最终状态，叶片体10通常具有翼型截面区域。该涡轮叶片6并且因此还有坯料2在纵向12上延伸。

在图1中的坯料2的情况下，指示出了两个根区域8’和中心式安排的体区域10’。在铣削的过程中，在根区域8’机加工出两个叶片根，在体区域10’机加工出叶片体10。

涡轮叶片6具有的总体长度>50cm直至2m。该叶片在此因此是在大型涡轮机中使用的涡轮叶片6，例如在用于发电的发电站或在大型航空器发电厂。叶片体的宽度B通常在约>10cm的范围内。

在第一方法步骤中，坯料2首先经受粗加工。在此，面铣刀14A在机加工坯料2的一个有待机加工的侧面上、在前进方向16上移动。面铣刀14A此情况下根据摆线程序操纵，其移动顺序如在图3中所示。

如从此可以看到的，环形移动叠加在前进方向16中的前进移动上，总体结果是在二维机加工平面内获得在前进方向16中延伸的螺旋移动。该铣刀14A、14B如在图3中示意性地所示，总体上连续进入到待机加工的工件中直到实现所称的径向送入深度（Zustelltiefe）ae。逐渐的接合导致总体上温和的机加工。径向送入深度对应于在前进方向16上的两个连续的螺旋路径之间的距离。在借助于面铣刀14A来机加工体区域10’的情况下，例如，径向送入深度ae为约0.5mm到1.5mm，尤其是在约1.0mm的范围内。

摆线铣削产生了一条铣削路径，其路径宽度对应于环形移动的直径D（图3）。

此外，面铣刀14A在铣刀纵轴18的方向上送入一个轴向送入深度ap。轴向送入深度ap因此对应于从坯料2中移除的材料深度。

如在图1中所示，前进方向16对应于纵向方向12。面铣刀14A从右手侧的根区域8’移动到左手侧的根区域8’。在这个情况下，对坯料2每个侧面的机加工仅进行一个方法步骤。路径宽度、即圆形直径D，对应于坯料2的宽度B1，而待移除的材料的深度对应于轴向送入深度ap。这例如在3mm和8mm之间的范围内，尤其在约5mm的范围内。面铣刀14A的直径d比较小。

面铣刀14A是装备有可分度切削镶片20的铣刀。可分度切削镶片20各自具有与坯料2接合的、对应的主动切削刃24。在此，主动切削刃24在其几乎整个长度L上与工件（坯料2）接合。这意味着轴向送入深度ap例如对应于切削刃24的长度的70%至80%。

在此处以所选择的轴向和径向送入深度来描述的示例性实施方案中，切削刃24的前进量fz优选地在0.3至0.4mm的范围内。至于切削速度Vc，则设定在例如250至320m/min的范围内。

通过在此描述的体区域10’的摆线铣削可以获得特别有效的、节省时间和成本以及保护工具的方法。在此关键是坯料2的整个侧面由仅通过一次穿过而形成。快得多的铣削因此成为可能，而与传统的粗方法不同，其中通常在轴向上要求的连续、多次送入（轴向送入深度）。在传统的铣削方法中还要求多个铣削路径以便机加工整个工具宽度。测试显示，与其中铣刀仅在前进方向16中移动而没有叠加的环形移动的传统铣削方法比较，用于粗加工的整个机加工时间几乎减半。在传统的铣削方法中，在这样的情形下要求多达6个铣削步骤以便实现例如去除5mm材料的、期望的轴向深度。

此外，与其中仅切削刃的一部分承受负载并且必须相应地施加更高的切削性能、从而导致过早磨损的传统方法比较，使用的可分度切削镶片20的使用寿命大幅增加，因为它们在其几乎整个长度上接合。

在粗方法结束时，坯料2然后进一步具有近似平行立面体截面轮廓，优选地具有在翼型曲线的方向上运行的特定的预轮廓。在粗加工之后，叶片体10以未进一步详细示出的方式被铣削为具有特征性翼型曲线的端部轮廓。

最终，所称的保留槽26还在进一步的铣削步骤中铣削成叶片根8。涡轮叶片6通过这些保留槽26勾到相应的涡轮机支架上并且固定到上面。这些保留槽26优选地机加工有在图5中所示的端铣刀14B。摆线铣削方法还用于合并保留槽26。该槽宽度B2在此对应于铣削路径的路径宽度，即圆形直径D。轴向送入深度ap对应于槽深度。使用的铣刀14B尤其是具有正向切削几何形状的常规标准铣刀，其中因此切削刃各自以楔形的方式构成为锐角。

坯料2的整个铣削，即体区域10’的粗加工，翼型截面轮廓的随后最终机加工，以及尤其是保留槽26的机加工，尤其仅在一个加工机床上进行，而没有实施工件的任何的再夹持。

总体上，通过在此描述的铣削方法实现了非常有效的、快速和保护材料的方法。此处的主要方面是摆线铣削方法的使用，尤其用于体区域10’的粗加工。摆线方法尤其还允许选择纵向方向12作为前进方向16的可能性，甚至是在此描述的、局部超过一米长度的大型涡轮叶片6的情况下。

Claims (14)

1.一种用于在涡轮叶片（6）的生产中铣削坯料（2）的方法，该涡轮叶片（6）在最终状态下具有用于固定到支架的至少一个叶片根（8）以及在纵向（12）上延伸的一个邻接的叶片体（10），其中该坯料（2）在其根侧上被夹持在一个固定件（4A，4B）中，然后借助于铣刀（14A，14B）进行机加工，其特征在于，在一个前进方向（16）中移动该铣刀（14A，14B）用于粗加工，并且按照一种摆线铣削方法将一种环形移动叠加在该前进移动上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于该摆线铣削方法在该叶片体（10）的区域（10’）中机加工该坯料（2）。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该前进方向（16）是纵向（12）。

4.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该涡轮叶片（6）具有大于40cm的长度（L），尤其大于50cm并且尤其是在从100cm到200cm的范围内。

5.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该坯料（2）仅在一个步骤中以粗加工铣削到预定的尺寸，并且有待移除的材料深度对应于轴向切削深度（ap），其中该铣刀（14A，14B）具有至少一个切削刃，该切削刃具有一个切削刃长度（L），在此该切削刃尤其是在其切削刃长度（L）的大部分上与有待机加工的坯料（2）相接合。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该切削刃长度（L）的超过80%与有待机加工的坯料（2）接合。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，该轴向切削深度（ap）大于4mm。

8.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所叠加的环形移动的直径（D）对应于该坯料的有待机加工的宽度（B1，B2）。

9.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该铣刀（14A，14B）的直径（d）在该坯料的有待机加工的宽度的40%至70%的范围内。

10.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，用于对该叶片体（10）的区域（10’）进行机加工的铣刀（14B）是装备有多个切削镶片（20）的面铣刀（14A）。

11.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在该粗加工之后，由该粗加工制备的坯料（2）在该叶片体（10）的区域（10’）中通过进一步的铣削方法机加工为最终轮廓。

12.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，借助于该摆线铣削方法在该叶片根（8）的区域（8’）中铣削多个保留槽（26）。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，为了铣削这些保留槽（26），使用传统的端铣刀（14B），该端铣刀的切削刃（24）具有正向的切削刃几何形状。

14.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在该涡轮叶片（6）生产中的整个铣削在没有再夹持该坯料（2）的情况下进行。

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