CN107971714B - 一种高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法。包括如下工步：进气端预钻孔、进气端型腔铣叶背、进气端型腔铣叶盆、铣进气端流道及清根、排气端预钻孔、排气端型腔铣叶盆、排气端型腔铣叶背、铣排气端流道及清根。本发明提供的高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，采用多矢量驱动固定轴分层、分区域对接的铣削方式，应用普通端铣刀实现均匀余量的粗开槽加工。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法。
背景技术
整体叶环叶片类零件是航空发动机上采用的新结构零件，该高温合金整体叶环叶片零件由内环、外环和叶片三部分构成，零件的内环和外环为薄壁结构，叶片部位为典型的型腔结构，内、外环与叶片的转接R形状复杂，且叶片型面比较复杂扭角比较大，沿轴向观察叶片相互遮挡，在数控中心上进行加工时，单一刀轴无法粗开槽加工，多轴联动粗开槽刀具损耗严重，叶片间空间狭小，导致容刀空间小，需采用小直径铣刀，导致加工时极易震颤、加工效率低、刀具损耗严重，粗开槽加工后余量不均匀、加工效率低、加工成本高。
发明内容
本发明提供一种高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，采用多矢量驱动固定轴分层、分区域对接的铣削方式，应用普通端铣刀实现均匀余量的粗开槽加工。
本发明的技术方案如下：
一种高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，包括如下工步：
1)进气端预钻孔：根据叶片间距和余量需求，确定下刀孔位置和尺寸，根据叶片间距大小和叶型的开敞情况选择预钻孔的直径，根据叶型的扭转情况选取预钻孔矢量方向，使进气边预钻孔位于叶片间居中位置，给予后续铣削良好的进刀空间；
2)进气端型腔铣叶背：采用型腔铣回字型刀轨，刀轴矢量一与叶背进气侧切线平行，切点为叶背截面线的中间点；
3)进气端型腔铣叶盆：采用型腔铣单侧铣刀轨，刀轴矢量二与叶盆进气侧切线平行，切点为叶盆进气侧端点；
4)铣进气端流道及清根：采用清根加工刀轨；
5)排气端预钻孔：根据叶片间距和余量需求，确定下刀孔位置和尺寸，根据叶片间距大小和叶型的开敞情况选择预钻孔的直径，根据叶型的扭转情况选取预钻孔矢量方向，使排气边预钻孔位于叶片间居中位置，并与进气边预钻孔贯穿，给予后续铣削良好的进刀空间；
6)排气端型腔铣叶盆：采用型腔铣回字型刀轨，刀轴矢量三与叶盆排气侧切线平行，切点为叶盆排气侧端点；
7)排气端型腔铣叶背：采用型腔铣单侧铣刀轨，刀轴矢量四与叶背排气侧切线平行，切点为叶背截面线的中间点；
8)铣排气端流道及清根：采用清根加工刀轨。
所述的高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，其切削参数：每层切深为0.3-0.5mm，刀具每齿进给0.03～0.05mm，切削速度为30～40m/min。
所述的高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，其刀具选用标准端铣刀。
本发明的有益效果为：
1、通过采用这种分层、分区域调整刀轴矢量方向的铣削方法，在非多轴联动铣削的情况下，使刀轨最大限度的逼近叶型曲面，保证粗加工后余量均匀的同时避免生成重叠刀轨和较多空刀轨，可以极大的提高了材料去除率和加工效率。
2、选取合适的加工轨迹策略：固定轴分层型腔铣的加工策略可以提高加工稳定性，避免刀轴的剧烈变化带来的切削力的剧增，同时采用预钻孔圆弧进刀的方式，有效降低进刀量过大时对刀具的冲击，并对不同的工步和切削区域的划分选择不同的刀轨形式，包括型腔铣回字型刀轨、型腔铣单侧铣刀轨、和清根加工刀轨等，可以避免生成重叠刀轨和较多空刀轨，极大的提高了材料去除率和加工效率。
3、选取合适的加工矢量：根据加工工步安排和叶型扭转情况，分区域调整刀轴矢量方向，使刀具最大限度的逼近叶型曲面，可以有效保证粗加工后余量均匀。
4、选取合适的切削参数：切削参数的选取首先需要考虑刀具寿命保证刀具有足够的切削寿命完成切削；同时尽量以大的材料去除率提高加工效率；并兼顾获得较均匀的加工余量。
附图说明
图1为整体叶环叶片零件结构图；
图2为相邻叶片之间为需要开槽去除的实体示意图；
图3为进气端型腔铣叶背工步去除的实体示意图；
图4为进气端型腔铣叶盆工步去除的实体示意图；
图5为排气端型腔铣叶盆工步去除的实体示意图；
图6为排气端型腔铣叶背工步去除的实体示意图；
图7为铣排气端流道及清根工步去除的实体示意图；
图8为型腔铣回字型刀轨示意图；
图9为型腔铣单侧铣刀轨示意图；
图10为清根加工刀轨示意图；
图11刀轴矢量示意图。
具体实施方式
如图1所示，整体叶环叶片零件包括内环1、外环2和叶片3，材料牌号为GH4169，最大外侧直径尺寸：Φ530mm；最小内侧流道直径尺寸：Φ460mm；零件厚度为30mm；叶片3的最大弦宽尺寸：40mm；叶片3总数：130片；相邻叶片3最小间距：9mm；内环1、外环2厚度为2～5mm；叶片3长度30～33mm；叶片3与内外流道转接R＝2.5mm；相邻叶片3之间为需要开槽去除的实体4。
如图2所示，需要开槽去除的实体4可简化为有一定弯曲的倒锥型六面体，上端长度35mm、宽度10mm，下端长度30mm、宽度10mm，最窄位置9mm，高度30mm，圆角R为3mm。
加工过程包括如下工步：
1)进气端预钻孔：根据叶型的方向、形状及相邻叶片最小间距，选定预钻孔直径为8mm；预钻孔位于叶片间居中位置；
2)进气端型腔铣叶背：采用型腔铣回字型刀轨，刀轴矢量一10与叶背进气侧切线14平行，切点为叶背截面线的中间点18；进气端型腔铣叶背去除的实体5如图3所示；
3)进气端型腔铣叶盆：采用型腔铣单侧铣刀轨，刀轴矢量二11与叶盆进气侧切线15平行，切点为叶盆进气侧端点19；进气端型腔铣叶盆去除的实体6如图4所示；
4)铣进气端流道及清根：采用清根加工刀轨；
5)排气端预钻孔：选定预钻孔直径为8mm；预钻孔位于叶片间居中位置，并与进气边预钻孔贯穿，给予后续铣削良好的进刀空间；
6)排气端型腔铣叶盆：采用型腔铣回字型刀轨，刀轴矢量三12为叶盆排气侧切线17平行，切点为叶盆排气侧端点20；排气端型腔铣叶盆去除的实体7如图5所示；
7)排气端型腔铣叶背：采用型腔铣单侧铣刀轨，刀轴矢量四13与叶背排气侧切线16平行，切点为叶背截面线的中间点18；排气端型腔铣叶背去除的实体8如图6所示；
8)铣排气端流道及清根：采用清根加工刀轨；铣排气端流道及清根去除的实体9如图7所示。
切削参数：每层切深为0.3-0.5mm，刀具每齿进给0.03～0.05mm，切削速度为30～40m/min。
刀具选择标准的Φ6R1.5端铣刀，4切削刃，长度为57mm，涂层为TiAlN。
以上就是进行高温合金整体叶环叶片零件粗开槽的加工步骤，可以满足高温合金整体叶环叶片零件均匀余量铣削粗开槽的要求。
Claims (3)
1.一种高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，其特征在于，包括如下工步：
1)进气端预钻孔：根据叶片间距和余量需求，确定下刀孔位置和尺寸，根据叶片间距大小和叶型的开敞情况选择预钻孔的直径，根据叶型的扭转情况选取预钻孔矢量方向，使进气边预钻孔位于叶片间居中位置，给予后续铣削良好的进刀空间；
2)进气端型腔铣叶背：采用型腔铣回字型刀轨，刀轴矢量一与叶背进气侧切线平行，切点为叶背截面线的中间点；
3)进气端型腔铣叶盆：采用型腔铣单侧铣刀轨，刀轴矢量二与叶盆进气侧切线平行，切点为叶盆进气侧端点；
4)铣进气端流道及清根：采用清根加工刀轨；
5)排气端预钻孔：根据叶片间距和余量需求，确定下刀孔位置和尺寸，根据叶片间距大小和叶型的开敞情况选择预钻孔的直径，根据叶型的扭转情况选取预钻孔矢量方向，使排气边预钻孔位于叶片间居中位置，并与进气边预钻孔贯穿，给予后续铣削良好的进刀空间；
6)排气端型腔铣叶盆：采用型腔铣回字型刀轨，刀轴矢量三与叶盆排气侧切线平行，切点为叶盆排气侧端点；
7)排气端型腔铣叶背：采用型腔铣单侧铣刀轨，刀轴矢量四与叶背排气侧切线平行，切点为叶背截面线的中间点；
8)铣排气端流道及清根：采用清根加工刀轨。
2.根据权利要求1所述的高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，其特征在于，切削参数：每层切深为0.3-0.5mm，刀具每齿进给0.03～0.05mm，切削速度为30～40m/min。
3.根据权利要求2所述的高温合金整体叶环叶片零件铣削开槽加工方法，其特征在于，刀具选用标准端铣刀。
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