CN105290475A - 一种钛合金风扇叶片型面铣削方法 - Google Patents

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本发明公开了一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，目的在于：提高钛合金风扇叶片型面精度和铣削质量，所采用的技术方案为：包括以下步骤：1)采用榫头双度面定位和底面定位的夹紧方式装夹零件；2)对零件进行粗加工后进行半精度加工，使零件留量均匀；半精度加工后采用球头铣刀对零件叶片型面进行分段精加工，加工过程中采用标准对刀块或数显对刀具在机床上进行在线测量保证对刀精度，并对加工中心孔顶紧力进行控制，根据叶片的结构和壁厚调整机床双驱的顶紧力。

Description

一种钛合金风扇叶片型面铣削方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金风扇叶片加工方法，具体涉及一种钛合金风扇叶片型面铣削方法。
背景技术
风扇转子叶片材料为TC4，是目前国内生产的带阻尼台叶片中较大的一种。叶片几何形状复杂，型面扭曲度大，叶型弦宽长，尺寸精度要求高。毛坯采用的是大余量模锻件，型面余量在2mm～4.5mm之间。由于材料与规格尺寸的影响，难以获得理想的余量分布，由此造成型面余量去除不均所形成的切削力波动，产生应力变形。一般情况下，机械加工后型面留0.2mm～0.35mm的余量，但是实际加工过程中由于变形的影响，叶身型面的部分高点余量在0.6mm左右。型面余量大造成抛光工序劳动强度大，型面的轮廓尺寸精度、波纹度难以保证，并且手工抛光效率低，叶型易产生烧伤、烧蚀现象。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够提高钛合金风扇叶片型面精度和铣削质量的钛合金风扇叶片型面铣削方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括以下步骤：
1)采用榫头双度面定位和底面定位的夹紧方式装夹零件；
2)对零件进行粗加工后进行半精度加工，使零件留量均匀；
3)半精度加工后采用球头铣刀对零件叶片型面进行分段精加工，分段精加工包括对零件叶片型面的叶尖侧型面、叶盆阻尼台叶尖侧型面、叶盆阻尼台叶根侧型面、叶背阻尼台叶尖侧型面、叶背阻尼台叶根侧型面和叶根型面分别进行精加工，所述粗加工、半精度加工和分段精加工过程中采用标准对刀块或数显对刀具在机床上进行在线测量保证对刀精度，并对加工中心孔顶紧力进行控制，根据叶片的结构和壁厚调整机床双驱的顶紧力。
所述粗加工后零件叶身型面的留量在1.2mm～2mm之间。
所述半精加工后零件叶片型面余量为0.5mm。
所述分段精加工的零件叶片型面时各段间的接刀在0mm～0.02mm之间。
所述粗加工、半精度加工和分段精加工过程中刀具的对刀精度控制在0.01mm以内。
所述加工过程中零件的顶紧力为20～50kg。
所述底面定位采用定位顶紧销进行定位夹紧，定位顶紧销的配合间隙小于0.01mm。
所述分段精加工过程中采用直径为10～16mm的球头刀进行精加工。
钛合金风扇叶片型面加工余量大且不均匀，在铣削过程中，造成抛光工序零件的型面波纹度大，零件经过反复抛修，一致性较差，零件抛光易烧伤等问题。与现有技术相比，本发明通过优化叶片铣削定位方法、增加半径加工和分段铣削的方法，能够有效的提高钛合金风扇叶片型面的加工效率和加工精度，通过采用高速精密加工方法，并优化钛合金风扇叶片加工工艺，叶片精加工余量由0.25～0.45mm降低为+0.03～+0.05mm，减少了手工抛光处理造成的烧伤现象，降低抛光的技能要求，提高叶片尺寸精度的一致性；主轴转速到达15000r/min，精加工后叶片型面余量仅为0.05mm，表面粗糙度到达Ra1.6μm，钛合金风扇叶片型面单件加工时间减少25％以上。本发明采用榫头双度面定位和底面定位夹紧方式，利用机床的双驱动功能，在零件变形可控的条件下高速去除加工余量，使零件留量均匀，实现钛合金风扇叶片型面精度和铣削质量的提高。
进一步，充分考虑零件的结构特点和工作状态，采用榫头双度面定位和底面定位夹紧方式。这种方式在实质上是一种建立在零件榫头加工高精度的基础上的完全过定位方式，它的优点是零件定位稳定可靠，贴合零件工作状态。
进一步，在粗加工和精加工间增加半精加工工序，半精加工可以采用较大的刀具和加工参数，加工效率高，精加工前返修叶尖工艺基准保证了精加工的稳定性，半精加工主要目的是在零件变形可控的条件下高效去除加工余量，使零件留量均匀。
进一步，在精加工时，优先考虑小直径球刀，因为球刀加工时与零件的接触面积小，切削力相对小，对于薄壁零件非常适用。球头铣刀进行精加工型面，加工效率较高，而且因为切削量小，对于零件的变形影响很小。
进一步，采用标准对刀块或数显对刀器在机床上进行在线测量，借用机床本身的精度保证对刀精度；增加加工中心孔顶紧力控制，根据叶片的结构和壁厚调整机床双驱的顶紧力，保证叶片在加工过程中要求顶紧力为20～50kg，减少叶片加工过程中的变形。
附图说明
图1(a)为底面定位夹紧方式主视图，图1(b)为沿A-A面的剖视图；
图2为分段铣削示意图；
图3(a)为铣削后零件的正面微观图，图3(b)为铣削后零件的侧面微观图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。
本发明具体实施步骤如下：
步骤一：采用榫头双度面定位，底面定位夹紧方式，定位顶紧销的引导长度为30mm，要求配合间隙小于0.01mm，压紧面的定位长度为14.19mm，因此底面的定位误差＝0.01*14.19/30＝0.00473mm，可以满足装夹要求，如图1所示。
步骤二：叶片粗加工后叶身型面留量在1.2mm～2mm之间，增加半精加工工序，使零件留量均匀，半精加工后叶片型面型面余量在0.5mm。
步骤三：分段加工不同扭转的叶身型面，保证型面铣削粗糙度达到Ra1.6μm，各段间的接刀在0mm～0.02mm之间，如图2所示，分段精加工的加工参数如下表所示：
步骤四：利用机床双驱的顶紧力控制功能，对顶紧力进行适当的调整，保证叶片在加工过程中要求顶紧力为20～50kg。
步骤五：加工后测量叶片的型面精度和表面粗糙度，保证精度在+0.07～-0.05mm之间，粗糙度达到Ra1.6μm，如图3(a)和3(b)所示。
本发明采用榫头双度面定位，底面定位夹紧方式，利用机床的双驱动功能，在零件变形可控的条件下高速去除加工余量，使零件留量均匀，实现钛合金风扇叶片型面精度和铣削质量的提高。
本发明的特点：
①钛合金风扇叶片定位方法改进：
充分考虑零件的结构特点和工作状态，采用榫头双度面定位，底面定位夹紧方式。这种方式在实质上是一种建立在零件榫头加工高精度的基础上的完全过定位方式。它的优点是零件定位稳定可靠，贴合零件工作状态。
②钛合金风扇叶片型面半精加工：
叶片粗加工后叶身型面留量在1.2mm～2mm之间，余量不均匀，采用在粗加工和精加工间增加半精加工工序，半精加工可以采用较大的刀具和加工参数，加工效率高，精加工前返修叶尖工艺基准保证了精加工的稳定性。半精加工主要目的是在零件变形可控的条件下高效去除加工余量，使零件留量均匀，半精加工后叶片型面型面余量在0.5mm。
③钛合金风扇叶片型面分段加工：
在精加工时，优先考虑小直径球刀，因为球刀加工时与零件的接触面积小，切削力相对小，对于薄壁零件非常适用，选用Φ10～16mm的球头刀进行精加工型面，加工效率较高，而且因为切削量小，对于零件的变形影响很小，在原有加工刀路安排中，型面部分的加工分为多段：叶尖侧型面、叶盆阻尼台叶尖侧型面、叶盆阻尼台叶根侧型面、叶背阻尼台叶尖侧型面、叶背阻尼台叶根侧型面及叶根型面。
④叶片型面型面变形控制：
采用标准对刀块或数显对刀器在机床上进行在线测量，借用机床本身的精度保证对刀精度在0.01mm以内；增加加工中心孔顶紧力控制，机床采用双驱同步控制系统，根据叶片的结构和壁厚调整机床双驱的顶紧力，保证叶片在加工过程中要求顶紧力为20～50kg，减少叶片加工过程中的变形。
⑤加工表面质量提高新方法的验证结论：
本发明通过采用高速精密加工方法，并优化钛合金风扇叶片加工工艺，叶片精加工余量由0.25～0.45mm降低为+0.03～+0.05mm，减少了手工抛光处理造成的烧伤现象，降低抛光的技能要求，提高叶片尺寸精度的一致性；主轴转速到达15000r/min，精加工后叶片型面余量仅为0.05mm，表面粗糙度到达Ra1.6μm，钛合金风扇叶片型面单件加工时间减少25％以上。
发动机风扇叶片为例本实施方式中，钛合金风扇叶片型面加工余量大且不均匀，余量在型面各点的分布在2mm～4.5mm之间，在铣削过程中，造成抛光工序零件的型面波纹度大，零件经过反复抛修，一致性较差，零件抛光易烧伤等问题，本发明通过优化叶片铣削定位方法、增加半径加工和分段铣削的方法，能够有效的提高钛合金风扇叶片型面的加工效率和加工精度。

Claims (8)

1.一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用榫头双度面定位和底面定位的夹紧方式装夹零件；
2)对零件进行粗加工后进行半精度加工，使零件留量均匀；
3)半精度加工后采用球头铣刀对零件叶片型面进行分段精加工，分段精加工包括对零件叶片型面的叶尖侧型面、叶盆阻尼台叶尖侧型面、叶盆阻尼台叶根侧型面、叶背阻尼台叶尖侧型面、叶背阻尼台叶根侧型面和叶根型面分别进行加工，所述粗加工、半精度加工和分段精加工过程中采用标准对刀块或数显对刀具在机床上进行在线测量保证对刀精度，并对加工中心孔顶紧力进行控制，根据叶片的结构和壁厚调整机床双驱的顶紧力。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述粗加工后零件叶身型面的留量在1.2mm～2mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述半精加工后零件叶片型面余量为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述分段精加工的零件叶片型面时各段间的接刀在0mm～0.02mm之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述粗加工、半精度加工和分段精加工过程中刀具的对刀精度控制在0.01mm以内。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述加工过程中零件的顶紧力为20～50kg。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述底面定位采用定位顶紧销进行定位夹紧，定位顶紧销的配合间隙小于0.01mm。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种钛合金风扇叶片型面铣削方法，其特征在于，所述分段精加工过程中采用直径为10～16mm的球头刀进行精加工。
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