CN107962359A - 一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，属于航空发动机涡轮叶片加工技术领域，包括：铝合金涡轮叶片铸造，超快激光环切与螺旋扫描的加工方法进行气膜孔加工，磨粒流加工及熔层去除溶液去除重熔层。本发明采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法进行气膜孔加工，可以大大降低热效应、提高表面完整性，加工出的气膜孔毛刺、沟槽、微裂纹少，重熔层最大厚度不大于25μm。磨粒在压力作用下均匀地对通道表面或边角进行磨削，不但能够去除余量还能起到去毛刺、倒角、光饰的作用，还可以有效地消减重熔层，控制孔径增加量为0.02mm‑0.04mm，可以有效的控制重熔层及微裂纹。采用重熔层去除溶液进一步除重熔层，可达到气膜孔进出口处无重熔层残留。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机涡轮叶片加工技术领域，具体涉及一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法。
背景技术
涡轮叶片是航空发动机中热负荷及机械负荷最大的部件，其工作环境恶劣，承受燃烧后高温高压燃气冲击，其制造技术被列为现代航空发动机的关键技术.其中叶片铸造技术和气膜孔加工技术是最主要的难点。目前，叶片气膜孔的加工技术主要包括长脉冲激光打孔、电火花打孔、电液束打孔等方法。其中前两种方法都属于热熔加工，会在孔壁产生重铸层和微裂纹，严重影叶片的表面完整性，最终导致了叶片材料性能和安全使用寿命的下降。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐高温、表面完整性好，毛刺、沟槽、微裂纹少，且无重熔层的铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法。
本发明采用以下技术方案：
一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，包括以下步骤：
步骤一：铝合金熔炼，铝合金包含以下重量百分比的化学成分：Cu4.87％、Mn0.5％、Ti0.27％、Cd0.16％、V0.12％、Fe<0.1、稀土Y1％，余量为Al；用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，720-730℃时用重量百分比0.6％的C2Cl6精炼，静置20min，720℃浇注涡轮叶片，浇注温度为250-300℃，所述的涡轮叶片采用精密无余量铸造，榫头釆用了三对枞树形榫齿，叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构；
步骤二：用微秒激光加工出孔径为50μm的基孔，重熔层厚度控制在40μm以下；
步骤三：用长脉冲激光直接冲孔1s，形成直径为300-310μm的正锥形孔，再使用四光楔扫描装置环切扫描2-3s，形成直径为350-360μm的圆柱孔；
步骤四：用500fs激光螺旋扫描15s，其工艺参数为：扫描速度为2400r/min，重叠率为12％，进给量为5μm，重复频率为20kHz，0.6Pa同轴吹气；
步骤五：采用磨粒流机床进行磨粒流加工，将涡轮叶片固定在两个磨粒虹容器之的通道中，通过虹内活塞队挤伍磨料来回流动，选择B500微粒度磨料，工作压力为6-7mpa，孔径增加量控制在0.02mm-0.04mm；
步骤六：对涡轮叶片表面用水基清洗剂进行除油，并以水膜连续试验方法检验表面除油效果，保证涡轮叶片表面除油完全，然后将其吹干；
步骤七：配制重熔层去除溶液，溶液的配方为双氧水+盐酸，其中双氧水的体积分数30％-60％，余量为盐酸，将双氧水和盐酸混合并搅拌均匀；
步骤八：将涡轮叶片放入容器内，相互之间不可叠放或遮盖，将重熔层去除溶液倒入容器并完全浸没涡轮叶片，搅拌、浸泡6-10min后取出；
步骤九：将涡轮叶片立即放入清洁的流动水中冲洗干净，并干燥。
优选的，步骤五中所述的磨粒流机床为MLL60D型磨粒流机床。
优选的，步骤六中吹干采用的是吹风机。
优选的，步骤七中双氧水和盐酸均为化学纯。
优选的，步骤七中重熔层去除溶液在配制后60min内使用。
本发明的有益效果在于：
1)Al-Cu合金具有室温和高温性能高、切削加工性能好、塑性和抗蚀性好等特点。其中ZL205A高强铸造铝合金具有强度高、韧性好、加工性好、电镀性好、耐腐蚀等综合性能。由于其优异的综合性能，广泛应用于航空航天领域。稀土元素Y对Al-Cu合金铸态组织有细化作用，当Y含量为0.1％时，细化效果最好；稀土元素Y对Al-Cu合金有强化作用，当Y含量为0.1％时，合金的综合性能最好。
2)本发明采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法进行气膜孔加工，可以大大降低热效应、提高表面完整性，加工出的气膜孔毛刺、沟槽、微裂纹少，重熔层最大厚度不大于25μm。
3)涡轮叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构，减少燃气对涡轮叶片的传热。
4)磨粒在压力作用下均匀地对通道表面或边角进行磨削，不但能够去除余量还能起到去毛刺、倒角、光饰的作用，磨粒流方法还可以有效地消减重熔层。在磨粒流加工过程中控制孔径增加量为0.02mm-0.04mm，可以有效的控制重熔层及微裂纹。
5)采用重熔层去除溶液进一步除重熔层，可达到气膜孔进出口处无重熔层残留。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，包括以下步骤：
步骤一：铝合金熔炼，铝合金包含以下重量百分比的化学成分：Cu4.87％、Mn0.5％、Ti0.27％、Cd0.16％、V0.12％、Fe<0.1、稀土Y1％，余量为Al；用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，720-730℃时用重量百分比0.6％的C2Cl6精炼，静置20min，720℃浇注涡轮叶片，浇注温度为250-300℃，所述的涡轮叶片采用精密无余量铸造，榫头釆用了三对枞树形榫齿，叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构；
步骤二：用微秒激光加工出孔径为50μm的基孔，重熔层厚度控制在40μm以下；
步骤三：用长脉冲激光直接冲孔1s，形成直径为300-310μm的正锥形孔，再使用四光楔扫描装置环切扫描2-3s，形成直径为350-360μm的圆柱孔；
步骤四：用500fs激光螺旋扫描15s，其工艺参数为：扫描速度为2400r/min，重叠率为12％，进给量为5μm，重复频率为20kHz，0.6Pa同轴吹气；
步骤五：采用磨粒流机床进行磨粒流加工，将涡轮叶片固定在两个磨粒虹容器之的通道中，通过虹内活塞队挤伍磨料来回流动，选择B500微粒度磨料，工作压力为6-7mpa，孔径增加量控制在0.02mm-0.04mm；
步骤六：对涡轮叶片表面用水基清洗剂进行除油，并以水膜连续试验方法检验表面除油效果，保证涡轮叶片表面除油完全，然后将其吹干；
步骤七：配制重熔层去除溶液，溶液的配方为双氧水+盐酸，其中双氧水的体积分数30％-60％，余量为盐酸，将双氧水和盐酸混合并搅拌均匀；
步骤八：将涡轮叶片放入容器内，相互之间不可叠放或遮盖，将重熔层去除溶液倒入容器并完全浸没涡轮叶片，搅拌、浸泡6-10min后取出；
步骤九：将涡轮叶片立即放入清洁的流动水中冲洗干净，并干燥。
步骤五中所述的磨粒流机床为MLL60D型磨粒流机床。
所述的步骤六中吹干采用的是吹风机。
所述的步骤七中双氧水和盐酸均为化学纯。
所述的步骤七中重熔层去除溶液在配制后60min内使用。
本发明采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法进行气膜孔加工，可以大大降低热效应、提高表面完整性，加工出的气膜孔毛刺、沟槽、微裂纹少，重熔层最大厚度不大于25μm。涡轮叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构，减少燃气对涡轮叶片的传热。磨粒在压力作用下均匀地对通道表面或边角进行磨削，不但能够去除余量还能起到去毛刺、倒角、光饰的作用，磨粒流方法还可以有效地消减重熔层。在磨粒流加工过程中控制孔径增加量为0.02mm-0.04mm，可以有效的控制重熔层及微裂纹。采用重熔层去除溶液进一步除重熔层，可达到气膜孔进出口处无重熔层残留。
Claims (5)
1.一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：铝合金熔炼，铝合金包含以下重量百分比的化学成分：Cu4.87％、Mn0.5％、Ti0.27％、Cd0.16％、V0.12％、Fe<0.1、稀土Y1％，余量为Al；用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，720-730℃时用重量百分比0.6％的C2Cl6精炼，静置20min，720℃浇注涡轮叶片，浇注温度为250-300℃，所述的涡轮叶片采用精密无余量铸造，榫头釆用了三对枞树形榫齿，叶片内腔采用了“U”型回流对流冷却和叶片前缘、尾缘气膜冷却的复合冷却结构；
步骤二：用微秒激光加工出孔径为50μm的基孔，重熔层厚度控制在40μm以下；
步骤三：用长脉冲激光直接冲孔1s，形成直径为300-310μm的正锥形孔，再使用四光楔扫描装置环切扫描2-3s，形成直径为350-360μm的圆柱孔；
步骤四：用500fs激光螺旋扫描15s，其工艺参数为：扫描速度为2400r/min，重叠率为12％，进给量为5μm，重复频率为20kHz，0.6Pa同轴吹气；
步骤五：采用磨粒流机床进行磨粒流加工，将涡轮叶片固定在两个磨粒虹容器之的通道中，通过虹内活塞队挤伍磨料来回流动，选择B500微粒度磨料，工作压力为6-7mpa，孔径增加量控制在0.02mm-0.04mm；
步骤六：对涡轮叶片表面用水基清洗剂进行除油，并以水膜连续试验方法检验表面除油效果，保证涡轮叶片表面除油完全，然后将其吹干；
步骤七：配制重熔层去除溶液，溶液的配方为双氧水+盐酸，其中双氧水的体积分数30％-60％，余量为盐酸，将双氧水和盐酸混合并搅拌均匀；
步骤八：将涡轮叶片放入容器内，相互之间不可叠放或遮盖，将重熔层去除溶液倒入容器并完全浸没涡轮叶片，搅拌、浸泡6-10min后取出；
步骤九：将涡轮叶片立即放入清洁的流动水中冲洗干净，并干燥。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，其特征在于：步骤五中所述的磨粒流机床为MLL60D型磨粒流机床。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，其特征在于：步骤六中吹干采用的是吹风机。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，其特征在于：步骤七中双氧水和盐酸均为化学纯。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金航空发动机涡轮叶片的加工方法，其特征在于：步骤七中重熔层去除溶液在配制后60min内使用。
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