CN105834702A - 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法 - Google Patents
原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法,用于解决现有复合材料叶片切削加工方法的技术问题。技术方案是首先采用单面铣削的方式完成叶片型面粗铣加工,完成粗铣加工后采用时效处理工艺平衡切削残余应力;然后,将叶片固定于专用夹具上,采用螺旋铣削方式交替完成叶盆、叶背型面上各区域的半精铣加工,并采用时效处理工艺消除叶片残余应力;最后,重新将叶片固定于夹具上,同样采用螺旋铣削方式交替完成叶盆、叶背型面上各区域的精铣加工。由于采用螺旋铣削方式完成叶背、叶盆型面的半精加工和精加工,有效抑制了加工过程中的扭曲变形,提高了复合材料叶片的加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料叶片切削加工方法,特别涉及一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法。
背景技术
原位自生TiB2颗粒增强铝基复合材料(简称TiB2/Al复合材料)是一种新型颗粒增强铝基复合材料,具有高比强度、高比模量、耐疲劳等特性,整体性能接近钛合金,但密度比钛合金减小1/3。因此TiB2/Al复合材料成为替代钛合金用于航空发动机低压压气机叶片的理想备选材料之一,然而该材料压气机叶片切削加工方法尚为空白。
现有的叶片单面铣削工艺,分别在半精加工和精加工工序中,或先加工叶背型面,或先加工叶盆型面。采取这种走刀方式,由于叶背、叶盆型面残余应力的重分布,叶片呈现明显的弯扭变形,从而导致叶尖和前后缘等局部区域精加工余量的不足,即所谓的“缺肉”现象。对于TiB2/Al复合材料叶片,由于TiB2增强颗粒的存在,导致其应力分布状态更为复杂,残余应力引起的加工变形更为严重。
发明内容
为了克服现有复合材料叶片切削加工方法精度差的不足,本发明提供一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法。该方法首先采用单面铣削的方式完成叶片型面粗铣加工,完成粗铣加工后采用时效处理工艺平衡切削残余应力;然后,将叶片固定于专用夹具上,采用螺旋铣削方式交替完成叶盆、叶背型面上各区域的半精铣加工,并采用时效处理工艺消除叶片残余应力;最后,重新将叶片固定于夹具上,同样采用螺旋铣削方式交替完成叶盆、叶背型面上各区域的精铣加工。由于采用螺旋铣削方式完成叶背、叶盆型面的半精加工和精加工,可有效抑制加工过程中的扭曲变形,提高了复合材料叶片加工精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一、下料。
分析叶片尺寸和结构特点,选取叶片锻造毛坯尺寸为160mm×65mm×45mm,并在两端数控钻顶尖孔。
步骤二、粗车上、下端基准轴。
在数控车床上,以顶尖孔及毛坯两端为基准粗车上端基准轴4和下端基准轴5,形成粗铣加工的基准。粗车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ20mm×14mm,Φ30mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差在0.03mm以内。
步骤三、粗铣叶片型面。
针对车轴后的方形毛坯,采用单面铣削方式粗铣叶背、叶盆型面,粗铣加工余量为1.5mm~2mm。粗加工刀具为Φ16mm硬质合金球头铣刀,切削参数为:转速800r/min,进给615mm/min,切深1mm,切宽10mm。
步骤四、粗铣时效处理。
将粗铣后的叶片浸入温度为-196±5℃的液氮中,保持40~45min;将叶片从液氮中取出,置于120℃恒温时效处理炉中保温30~35min;然后将叶片从时效处理炉中取出,室温冷却。
步骤五、研孔、半精车上、下端基准轴。
将粗铣时效处理后的叶片装夹在数控车床上,半精车上端基准轴4和下端基准轴5,形成半精铣加工的基准。半精车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ16mm×14mm,Φ26mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差在0.02mm以内。
步骤六、半精铣叶片型面。
将叶片毛坯固定于夹具6上,采用螺旋铣削方式进行半精铣加工,半精铣加工余量为0.5mm~0.8mm。半精铣刀具为Φ12mm金刚石球头铣刀,切削参数为:转速1800r/min,进给360mm/min,切深0.4mm,切宽8mm。
步骤七、半精铣时效处理。
将半精铣后的叶片浸入温度为-196±5℃的液氮中,保持40~45min;将叶片从液氮中取出,置于120℃恒温时效处理炉中保温30~35min;然后将叶片从时效处理炉中取出,室温冷却。
步骤八、研孔、精车上、下端基准轴。
将半精铣时效处理后的叶片装夹在数控车床上,精车上端基准轴4和下端基准轴5,形成精铣加工的基准。精车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ12mm×14mm,Φ22mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差在0.01mm以内。
步骤九、精铣叶片型面。
再次将叶片毛坯固定于夹具6上,采用螺旋铣削方式加工进行精铣加工,精铣加工余量为0.02mm~0.05mm。精铣加工刀具为Φ12mm金刚石球头铣刀;切削参数为:转速2000r/min,进给500mm/min,切深0.2mm,切宽8mm。
步骤十、抛光。
对精铣加工后的叶片,进行抛光处理。
本发明的有益效果是:本发明方法首先采用单面铣削的方式完成叶片型面粗铣加工,完成粗铣加工后采用时效处理工艺平衡切削残余应力;然后,将叶片固定于专用夹具上,采用螺旋铣削方式交替完成叶盆、叶背型面上各区域的半精铣加工,并采用时效处理工艺消除叶片残余应力;最后,重新将叶片固定于夹具上,同样采用螺旋铣削方式交替完成叶盆、叶背型面上各区域的精铣加工。
由于采用螺旋铣削方式完成叶背、叶盆型面的半精加工和精加工,有效抑制了加工过程中的扭曲变形;采用时效处理工艺,可在保持材料性能的基础上有效地平衡切削过程中产生的残余应力,提高了复合材料叶片加工精度;每次加工前重新车削加工基准轴,有效防止前次加工振动引起的加工基准偏置。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法的流程图。
图2是本发明方法所加工的压气机叶片结构示意图。
图3是本发明方法中粗车两端基准轴后的方形毛坯示意图。
图4是本发明方法中粗铣加工后的叶片毛坯示意图。
图5是本发明方法中半精铣加工后的叶片毛坯及其夹具示意图。
图中,1-叶身,2-缘板,3-榫头,4-上端基准轴,5-下端基准轴,6-夹具。
具体实施方式
参照图1-5。本发明原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法具体步骤如下:
本发明方法切削加工的航空发动机压气机叶片由叶身1、缘板2和榫头3组成。
步骤1、下料。
分析叶片尺寸和结构特点,选取适当尺寸的方形毛坯,并在两端数控钻顶尖孔。本实施例中,叶片锻造毛坯尺寸为160mm×65mm×45mm。
步骤2、粗车上、下端基准轴。
在数控车床上,以顶尖孔及毛坯两端为基准粗车上端基准轴4和下端基准轴5,形成粗铣加工的基准。本实施例中,粗车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ20mm×14mm,Φ30mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差要求在0.03mm以内。
步骤3、粗铣叶片型面。
针对车轴后的方形毛坯,采用单面铣削方式粗铣叶背、叶盆型面,选用大尺寸球头铣刀进行加工,以高效去除毛坯上大部分的余量,粗铣加工余量为1.5mm~2mm。本实施例中,粗加工刀具为Φ16mm硬质合金球头铣刀,切削参数为:转速800r/min,进给615mm/min,切深1mm,切宽10mm。
步骤4、粗铣时效处理。
将粗铣后的叶片浸入温度为-196±5℃的液氮中,保持40~45min;将叶片从液氮中取出,置于120℃恒温时效处理炉中保温30~35min;然后将叶片从时效处理炉中取出,室温冷却以释放前期加工过程中产生的应力。
步骤5、研孔、半精车上、下端基准轴。
将粗铣时效处理后的叶片装夹在数控车床上,半精车上端基准轴4和下端基准轴5,形成半精铣加工的基准。本实施例中,半精车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ16mm×14mm,Φ26mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差要求在0.02mm以内。
步骤6、半精铣叶片型面。
将叶片毛坯固定于夹具6上,采用螺旋铣削方式进行半精铣加工,半精铣加工余量一般为0.5mm~0.8mm。本实施例中,半精铣刀具为Φ12mm金刚石球头铣刀,切削参数为:转速1800r/min,进给360mm/min,切深0.4mm,切宽8mm。
步骤7、半精铣时效处理。
将半精铣后的叶片浸入温度为-196±5℃的液氮中,保持40~45min;将叶片从液氮中取出,置于120℃恒温时效处理炉中保温30~35min;然后将叶片从时效处理炉中取出,室温冷却以释放前期加工过程中产生的应力。
步骤8、研孔、精车上、下端基准轴。
将半精铣时效处理后的叶片装夹在数控车床上,精车上端基准轴4和下端基准轴5,形成精铣加工的基准。本实施例中,精车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ12mm×14mm,Φ22mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差要求在0.01mm以内。
步骤9、精铣叶片型面。
再次将叶片毛坯固定于夹具6上,采用螺旋铣削方式加工进行精铣加工,精铣加工余量一般为0.02mm~0.05mm。本实施例中,精铣加工刀具为Φ12mm金刚石球头铣刀;切削参数为:转速2000r/min,进给500mm/min,切深0.2mm,切宽8mm。
步骤10、抛光。
对精铣加工后的叶片,进行抛光处理,以去除球头刀铣削造成的微观波峰波谷,达到图纸要求的表面粗糙度。
Claims (1)
1.一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、下料;
分析叶片尺寸和结构特点,选取叶片锻造毛坯尺寸为160mm×65mm×45mm,并在两端数控钻顶尖孔;
步骤二、粗车上、下端基准轴;
在数控车床上,以顶尖孔及毛坯两端为基准粗车上端基准轴(4)和下端基准轴(5),形成粗铣加工的基准;粗车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ20mm×14mm,Φ30mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差在0.03mm以内;
步骤三、粗铣叶片型面;
针对车轴后的方形毛坯,采用单面铣削方式粗铣叶背、叶盆型面,粗铣加工余量为1.5mm~2mm;粗加工刀具为Φ16mm硬质合金球头铣刀,切削参数为:转速800r/min,进给615mm/min,切深1mm,切宽10mm;
步骤四、粗铣时效处理;
将粗铣后的叶片浸入温度为-196±5℃的液氮中,保持40~45min;将叶片从液氮中取出,置于120℃恒温时效处理炉中保温30~35min;然后将叶片从时效处理炉中取出,室温冷却;
步骤五、研孔、半精车上、下端基准轴;
将粗铣时效处理后的叶片装夹在数控车床上,半精车上端基准轴(4)和下端基准轴(5),形成半精铣加工的基准;半精车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ16mm×14mm,Φ26mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差在0.02mm以内;
步骤六、半精铣叶片型面;
将叶片毛坯固定于夹具(6)上,采用螺旋铣削方式进行半精铣加工,半精铣加工余量为0.5mm~0.8mm;半精铣刀具为Φ12mm金刚石球头铣刀,切削参数为:转速1800r/min,进给360mm/min,切深0.4mm,切宽8mm;
步骤七、半精铣时效处理;
将半精铣后的叶片浸入温度为-196±5℃的液氮中,保持40~45min;将叶片从液氮中取出,置于120℃恒温时效处理炉中保温30~35min;然后将叶片从时效处理炉中取出,室温冷却;
步骤八、研孔、精车上、下端基准轴;
将半精铣时效处理后的叶片装夹在数控车床上,精车上端基准轴(4)和下端基准轴(5),形成精铣加工的基准;精车后上、下端基准轴尺寸分别为:Φ12mm×14mm,Φ22mm×21mm;上、下端基准轴同轴度公差在0.01mm以内;
步骤九、精铣叶片型面;
再次将叶片毛坯固定于夹具(6)上,采用螺旋铣削方式加工进行精铣加工,精铣加工余量为0.02mm~0.05mm;精铣加工刀具为Φ12mm金刚石球头铣刀;切削参数为:转速2000r/min,进给500mm/min,切深0.2mm,切宽8mm;
步骤十、抛光;
对精铣加工后的叶片,进行抛光处理。
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