CN103894744A - 一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法和夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光加工技术，涉及一种钛合金材料的激光加工叶型孔的方法。其特征在于，本发明激光加工叶型孔的步骤如下：零件装夹；加工编程；确定激光工艺参数；机床找正；进行激光加工。本发明加工钛合金圆环上叶型孔的夹具，其特征在于：它由夹具底座(3)、3个～6个顶块(4)和数量与顶块(4)相同的螺栓(5)组成。本发明提供了一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法和夹具，大大提高了加工效率，降低了加工成本。

Description

一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法和夹具
技术领域
本发明属于激光加工技术，涉及一种钛合金材料的激光加工叶型孔的方法。
背景技术
由于航空发动机叶片和钛合金圆环上的叶型孔的配合精度要求相当高，所以对叶型孔的轮廓度和位置度精度要求也很高，这是叶型孔加工中的核心问题。图1和图2是某型航空发动机钛合金圆环的结构示意图。被加工的钛合金圆环1的横截面的中间形状是一个倾斜的矩形，该矩形的左端和右端都有向下的圆弧弯边，钛合金圆环的右端内孔为定位孔D，在钛合金圆环1的外圆台面上沿圆周均布有n=60个～180个形状相同的叶型孔2，每个叶型孔2有一个坐标原点A，X轴为过原点A并垂直于钛合金圆环1右端口所在平面的直线，Y轴为过原点A并垂直于由X轴和过原点A的直径所决定的平面的直线，原点A到钛合金圆环1右端口所在平面的距离为L，钛合金圆环的壁厚为0.5mm～2mm。目前，钛合金圆环上的叶型孔加工比较常用的方法有线切割和电火花成型。采用线切割工艺加工叶型孔需要先在每个叶型孔的位置加工出一个穿丝孔，再以此为加工叶型孔的中心开始加工，每加工一个叶型孔都需要先进行穿丝，加工效率低、加工费用高；而采用电火花成型工艺加工叶型孔，虽然可以较好的保证叶型孔的轮廓度和位置精度，但是加工效率仍然较低，且成型电极的损耗大，加工成本更高。
发明内容
本发明的目的是：提供一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法和夹具，以便提高加工效率，降低加工成本。
本发明的技术方案是：一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法，被加工的钛合金圆环1的横截面的中间形状是一个倾斜的矩形，该矩形的左端和右端都有向下的圆弧弯边，钛合金圆环的右端内孔为定位孔D，在钛合金圆环1的外圆台面上沿圆周均布有n=60个～180个形状相同的叶型孔2，每个叶型孔2有一个坐标原点A，X轴为过原点A并垂直于钛合金圆环1右端口所在平面的直线，Y轴为过原点A并垂直于由X轴和过原点A的直径所决定的平面的直线，原点A到钛合金圆环1右端口所在平面的距离为L，钛合金圆环的壁厚为0.5mm～2mm，采用光纤激光器进行叶型孔2的切割加工，其特征在于，激光加工叶型孔的步骤如下：
1、零件装夹：先将夹具固定在激光打孔机床的工作转台上，使夹具轴线和工作转台的轴线同轴，再将钛合金圆环1放置在夹具上，将钛合金圆环1的定位孔D套在夹具底座3的定位止口3a上并保持间隙配合，用顶块4将钛合金圆环1的内圆柱面顶紧，用螺栓5将顶块4锁紧；
2、加工编程：根据图纸规定的叶型孔的坐标编制激光头的打孔路径并输入激光打孔机床的控制系统；
3、确定激光工艺参数：采用125mm镜头；脉冲能量为0.3J～5J；光斑直径为0.05mm～0.3mm；激光头的切割速度为30mm/min～1000mm/min；选用氦气或者氩气作为辅助气体，辅助气体压力为0.1Mpa～2Mpa；
4、机床找正：调整激光打孔机床激光头的位置，使激光束的轴线和叶型孔2的坐标原点A对正；
5、进行激光加工，完成一个叶型孔切割，然后工作转台旋转角度α=360°/n，进行下一个叶型孔的切割，直到完成所有叶型孔的切割为止。
一种加工钛合金圆环上叶型孔的夹具，其特征在于：它由夹具底座3、3个～6个顶块4和数量与顶块4相同的螺栓5组成；夹具底座3的上表面有一个圆形凸台形成的定位止口3a，在圆形凸台上有沿圆周均布的螺纹孔，螺纹孔和数量与顶块4的数量相同。顶块4是长方体，在顶块4上有一个贯通上下表面的、沿顶块长度方向伸展的长圆孔，螺栓5穿过顶块4上的长圆孔后拧进夹具底座3圆形凸台上的螺纹孔内。
本发明的优点是：提供了一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法和夹具，大大提高了加工效率，降低了加工成本。本发明属于非接触加工，精度高、速度快、环境污染小、无需更换刀具，特别适合传统工艺难以加工的钛合金材料的加工。试验证明，本发明不仅彻底解决了钛合金圆环叶型孔加工周期长的难题，也满足了叶型孔的高精度要求。
附图说明
图1是某型航空发动机钛合金圆环的结构示意图。
图2是钛合金圆环上叶型孔的放大展开图。
图3是用于本发明方法的加工钛合金圆环上叶型孔的夹具结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1至图3，一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法，被加工的钛合金圆环1的横截面的中间形状是一个倾斜的矩形，该矩形的左端和右端都有向下的圆弧弯边，钛合金圆环的右端内孔为定位孔D，在钛合金圆环1的外圆台面上沿圆周均布有n=60个～180个形状相同的叶型孔2，每个叶型孔2有一个坐标原点A，X轴为过原点A并垂直于钛合金圆环1右端口所在平面的直线，Y轴为过原点A并垂直于由X轴和过原点A的直径所决定的平面的直线，原点A到钛合金圆环1右端口所在平面的距离为L，钛合金圆环的壁厚为0.5mm～2mm，采用光纤激光器进行叶型孔2的切割加工，其特征在于，激光加工叶型孔的步骤如下：
1、零件装夹：先将夹具固定在激光打孔机床的工作转台上，使夹具轴线和工作转台的轴线同轴，再将钛合金圆环1放置在夹具上，将钛合金圆环1的定位孔D套在夹具底座3的定位止口3a上并保持间隙配合，用顶块4将钛合金圆环1的内圆柱面顶紧，用螺栓5将顶块4锁紧；
2、加工编程：根据图纸规定的叶型孔的坐标编制激光头的打孔路径并输入激光打孔机床的控制系统；
3、确定激光工艺参数：采用125mm镜头；脉冲能量为0.3J～5J；光斑直径为0.05mm～0.3mm；激光头的切割速度为30mm/min～1000mm/min；选用氦气或者氩气作为辅助气体，辅助气体压力为0.1Mpa～2Mpa；
4、机床找正：调整激光打孔机床激光头的位置，使激光束的轴线和叶型孔2的坐标原点A对正；
5、进行激光加工，完成一个叶型孔切割，然后工作转台旋转角度α=360°/n，进行下一个叶型孔的切割，直到完成所有叶型孔的切割为止。
一种加工钛合金圆环上叶型孔的夹具，其特征在于：它由夹具底座3、3个～6个顶块4和数量与顶块4相同的螺栓5组成；夹具底座3的上表面有一个圆形凸台形成的定位止口3a，在圆形凸台上有沿圆周均布的螺纹孔，螺纹孔和数量与顶块4的数量相同。顶块4是长方体，在顶块4上有一个贯通上下表面的、沿顶块长度方向伸展的长圆孔，螺栓5穿过顶块4上的长圆孔后拧进夹具底座3圆形凸台上的螺纹孔内。
实施例1，
某型航空发动机钛合金圆环，钛合金圆环的右端的定位孔D=1200mm，在钛合金圆环1的外圆台面上沿圆周均布有80个形状相同的叶型孔2，原点A到钛合金圆环1右端口所在平面的距离为L=12.8mm，钛合金圆环的壁厚为0.8mm，激光加工叶型孔的步骤如下：
1、零件装夹：先将夹具固定在激光打孔机床的工作转台上，使夹具轴线和工作转台的轴线同轴，再将钛合金圆环1放置在夹具上，将钛合金圆环1的定位孔D套在夹具底座3的定位止口3a上并保持间隙配合，用顶块4将钛合金圆环1的内圆柱面顶紧，用螺栓5将顶块4锁紧；
2、加工编程：根据图纸规定的叶型孔的坐标编制激光头的打孔路径并输入激光打孔机床的控制系统；
3、确定激光工艺参数：采用125mm镜头；脉冲能量为0.9J；光斑直径为0.08mm；激光头的切割速度为80mm/min；选用氦气作为辅助气体，辅助气体压力为0.4Mpa；
4、机床找正：调整激光打孔机床激光头的位置，使激光束的轴线和叶型孔2的坐标原点A对正；
5、进行激光加工，完成一个叶型孔切割，然后工作转台旋转角度α=4.5°，进行下一个叶型孔的切割，直到完成所有叶型孔的切割为止。
实施例2，
某型航空发动机钛合金圆环，钛合金圆环的右端的定位孔D=800mm，在钛合金圆环1的外圆台面上沿圆周均布有60个形状相同的叶型孔2，原点A到钛合金圆环1右端口所在平面的距离为L=11.2mm，钛合金圆环的壁厚为0.6mm，激光加工叶型孔的步骤如下：
1、零件装夹：先将夹具固定在激光打孔机床的工作转台上，使夹具轴线和工作转台的轴线同轴，再将钛合金圆环1放置在夹具上，将钛合金圆环1的定位孔D套在夹具底座3的定位止口3a上并保持间隙配合，用顶块4将钛合金圆环1的内圆柱面顶紧，用螺栓5将顶块4锁紧；
2、加工编程：根据图纸规定的叶型孔的坐标编制激光头的打孔路径并输入激光打孔机床的控制系统；
3、确定激光工艺参数：采用125mm镜头；脉冲能量为0.7J；光斑直径为0.09mm；激光头的切割速度为70mm/min；选用氦气作为辅助气体，辅助气体压力为0.3Mpa；
4、机床找正：调整激光打孔机床激光头的位置，使激光束的轴线和叶型孔2的坐标原点A对正；
5、进行激光加工，完成一个叶型孔切割，然后工作转台旋转角度α=6°，进行下一个叶型孔的切割，直到完成所有叶型孔的切割为止。
实施例3，
某型航空发动机钛合金圆环，钛合金圆环的右端的定位孔D=1600mm，在钛合金圆环1的外圆台面上沿圆周均布有120个形状相同的叶型孔2，原点A到钛合金圆环1右端口所在平面的距离为L=14.5mm，钛合金圆环的壁厚为1.2mm，激光加工叶型孔的步骤如下：
1、零件装夹：先将夹具固定在激光打孔机床的工作转台上，使夹具轴线和工作转台的轴线同轴，再将钛合金圆环1放置在夹具上，将钛合金圆环1的定位孔D套在夹具底座3的定位止口3a上并保持间隙配合，用顶块4将钛合金圆环1的内圆柱面顶紧，用螺栓5将顶块4锁紧；
2、加工编程：根据图纸规定的叶型孔的坐标编制激光头的打孔路径并输入激光打孔机床的控制系统；
3、确定激光工艺参数：采用125mm镜头；脉冲能量为1.6J；光斑直径为0.1mm；激光头的切割速度为100mm/min；选用氩气作为辅助气体，辅助气体压力为0.9Mpa；
4、机床找正：调整激光打孔机床激光头的位置，使激光束的轴线和叶型孔2的坐标原点A对正；
5、进行激光加工，完成一个叶型孔切割，然后工作转台旋转角度α=3°，进行下一个叶型孔的切割，直到完成所有叶型孔的切割为止。

Claims (2)

1.一种在钛合金圆环上加工叶型孔的方法，被加工的钛合金圆环(1)的横截面的中间形状是一个倾斜的矩形，该矩形的左端和右端都有向下的圆弧弯边，钛合金圆环的右端内孔为定位孔D，在钛合金圆环(1)的外圆台面上沿圆周均布有n=60个～180个形状相同的叶型孔(2)，每个叶型孔(2)有一个坐标原点A，X轴为过原点A并垂直于钛合金圆环(1)右端口所在平面的直线，Y轴为过原点A并垂直于由X轴和过原点A的直径所决定的平面的直线，原点A到钛合金圆环(1)右端口所在平面的距离为L，钛合金圆环的壁厚为0.5mm～2mm，采用光纤激光器进行叶型孔(2)的切割加工，其特征在于，激光加工叶型孔的步骤如下：
1.1、零件装夹：先将夹具固定在激光打孔机床的工作转台上，使夹具轴线和工作转台的轴线同轴，再将钛合金圆环(1)放置在夹具上，将钛合金圆环(1)的定位孔D套在夹具底座(3)的定位止口(3a)上并保持间隙配合，用顶块(4)将钛合金圆环(1)的内圆柱面顶紧，用螺栓(5)将顶块(4)锁紧；
1.2、加工编程：根据图纸规定的叶型孔的坐标编制激光头的打孔路径并输入激光打孔机床的控制系统；
1.3、确定激光工艺参数：采用125mm镜头；脉冲能量为0.3J～5J；光斑直径为0.05mm～0.3mm；激光头的切割速度为30mm/min～1000mm/min；选用氦气或者氩气作为辅助气体，辅助气体压力为0.1Mpa～2Mpa；
1.4、机床找正：调整激光打孔机床激光头的位置，使激光束的轴线和叶型孔(2)的坐标原点A对正；
1.5、进行激光加工，完成一个叶型孔切割，然后工作转台旋转角度α=360°/n，进行下一个叶型孔的切割，直到完成所有叶型孔的切割为止。
2.一种加工钛合金圆环上叶型孔的夹具，其特征在于：它由夹具底座(3)、3个～6个顶块(4)和数量与顶块(4)相同的螺栓(5)组成；夹具底座(3)的上表面有一个圆形凸台形成的定位止口(3a)，在圆形凸台上有沿圆周均布的螺纹孔，螺纹孔和数量与顶块(4)的数量相同。顶块(4)是长方体，在顶块(4)上有一个贯通上下表面的、沿顶块长度方向伸展的长圆孔，螺栓(5)穿过顶块(4)上的长圆孔后拧进夹具底座(3)圆形凸台上的螺纹孔内。
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