CN109277584B - 一种高温合金整体叶轮高效车削方法 - Google Patents
一种高温合金整体叶轮高效车削方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高温合金整体叶轮高效车削方法，分为粗加工阶段、半精加工阶段及精加工阶段；粗加工阶段包括选取粗加工刀具和刀杆、设定粗加工车削参数、设定粗加工走刀路线、设定粗加工阶段的零件变形控制方式；半精加工阶段包括选取半精加工刀具和刀杆、设定半精加工车削参数、设定半精加工走刀路线、设定半精加工阶段的零件变形控制方式；精加工阶段包括选取精加工刀具和刀杆、设定精加工车削参数、设定零件各部位精加工原则、设定精加工走刀路线、利用UG软件编制车削程序、对车削程序进行仿真确认无干涉后应用于现场加工。本发明有效解决了高温合金整体叶轮加工效率低、零件易变形的难题，有效实现了高温合金整体叶轮的高效精准车削。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机零部件制造技术领域，特别是涉及一种高温合金整体叶轮高效车削方法。
背景技术
高温合金整体叶轮是高推比航空发动机的核心部件之一，也是发动机研制必须的关键技术。高温合金整体叶轮可以消除气流在榫根与榫槽间隙中流动所带来的损失，同时减轻了发动机重量，也有效减少了发动机零件数量，使发动机的结构大为简化，其是提高发动机可靠性和推重比的一条重要途径，而国外最新研制的多级压气机也已经开始采用全整体叶轮转子结构。
但是，高温合金整体叶轮存在加工振动大、排屑困难的特点，同时由于零件结构复杂、材料难加工导致加工效率低，在零件加工时，尤其是辐板部位车削后变形很大。另外，由于高温合金整体叶轮毛料的生产厂家不同，导致零件加工过程中的材料本身切削性能、释放应力状态也会不同，进而可造成辐板变形量出现较大差别。再有，零件由夹紧状态向自由状态转换过程中，也会存在变形，进而造成辐板型面尺寸超差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高温合金整体叶轮高效车削方法，有效解决了高温合金整体叶轮加工效率低、零件易变形的难题，有效实现了高温合金整体叶轮的高效精准车削。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高温合金整体叶轮高效车削方法，包括如下步骤：
步骤一：粗加工阶段
①、选取粗加工刀具和刀杆
辐板部位：选用DDJNR2525M-15的偏刀杆，选用DNMG-150608-SF 1105的R0.8-55°菱形刀片；
安装边下部凹槽：选用HLPGL3225-12-A3.5-T25的非标刀杆，选用LPGIR12-8.5-3T5PR IC907的W3R0.3非标刀片；
②、设定车削参数
辐板部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.8mm，切削速度Vc为30m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
安装边下部凹槽：进给量f为0.2mm/r，切深ap为1mm，切削速度Vc为30m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.8mm，切削速度Vc为32m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定走刀路线
辐板部位：在径向上，由中心向外沿轮廓进行往复式走刀；在轴向上，由上向下进行层进式走刀；
安装边下部凹槽：在径向上，由两边向拐角进行层进式走刀；在轴向上，由下向上进行层进式走刀；
④、设定零件变形控制方式
待零件完成粗加工后，将零件在室温下放置24～48小时，充分释放应力，控制零件变形；
步骤二：半精加工阶段
①、选取半精加工刀具和刀杆
辐板部位：选用MVJNR2525M-16的偏刀杆，选用VNMG160408-TF IC804的R0.8-35°菱形刀片；
安装边下部凹槽：选用HLPGL2525-12-A4.5-T30的非标刀杆，选用LPGIR-12-8-210T4IC907的W2R1非标刀片；
②、设定车削参数
辐板部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
安装边下部凹槽：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.5mm，切削速度Vc为37m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定走刀路线
辐板部位：在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀；在轴向上，由上向下进行单向走刀；
安装边下部凹槽：在径向上，由两边向拐角进行走刀；在轴向上，由下向上进行单向走刀；
④、设定零件变形控制方式
将半精加工工序设定为两个阶段；在第一个阶段时，先车掉半精加工余量的3/5，然后松开压紧零件的压板，使零件处于非限制状态，并在非限制状态下使零件在机床上放置至少6个小时，待充分释放应力后，重新利用压板将零件压紧；在第二阶段时，车掉剩余2/5的半精加工余量，再次松开压紧零件的压板，使零件处于非限制状态，并在非限制状态下使零件在机床上放置至少6个小时，直到应力得到充分释放，以减少后续精加工阶段时的零件变形量；
步骤三：精加工阶段
①、选取半精加工刀具和刀杆
辐板部位：选用MVJNR2525M-16的偏刀杆，选用VNMG160408-TF IC804的R0.8-35°菱形刀片；
安装边下部凹槽：选用HLPGL2525-12-A4.5-T30的非标刀杆，选用LPGIR-12-8-210T4IC907的W2R1非标刀片；
②、设定车削参数
辐板部位：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为40m/min，表面粗糙度为Ra0.8；
安装边下部凹槽：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为41m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定零件各部位精加工原则
当辐板轴向变形量＜0.1mm时，先精加工辐板，再精加工其他部分，精加工辐板时分3次走刀，每次走刀的切削深度为余量的1/3；当辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间时，先精加工其他部分，再精加工辐板，精加工辐板时分5次走刀，每次走刀的切削深度为余量的1/5；
④、设定走刀路线
辐板部位：车内止口时，在轴向上，由上向下进行单向走刀，以确定径向尺寸；在车辐脐时，在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀；车辐板型面时，在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀；
安装边下部凹槽：车安装边内圆时，在轴向上，由下向上进行单向走刀，以确定径向尺寸；车外侧倒角时，沿斜向45°角，由下向上进行单向走刀；车凹槽时，在径向上，由两边向拐角进行走刀，在轴向上，由下向上进行单向走刀；
⑤、利用UG软件编制车削程序
当辐板轴向变形量＜0.1mm时，车削程序按照“车内止口→辐脐、辐板一起车”原则进行编制；当辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间时，车削程序按照“车内止口→车辐脐→车辐板”原则进行编制；
⑥、先利用UG后置处理功能将刀轨代码转换为G代码，再运用VERICUT软件进行车削程序仿真，确认无干涉后应用于现场加工。
本发明的有益效果：
本发明的高温合金整体叶轮高效车削方法，有效解决了高温合金整体叶轮加工效率低、零件易变形的难题，有效实现了高温合金整体叶轮的高效精准车削。通过本发明在叶轮类零件上的应用，有效降低了高温合金整体叶轮产品的加工风险，为同类高温合金整体叶轮的精准加工奠定了基础。
附图说明
图1为本发明选取的用于粗加工辐板部位的刀具；
图2为本发明选取的用于半精加工/精加工辐板部位的刀具；
图3为本发明选取的用于粗加工安装边下部凹槽的刀具；
图4为本发明选取的用于半精加工/精加工安装边下部凹槽的刀具；
图5为本发明粗加工辐板部位的走刀路线；
图6为本发明粗加工安装边下部凹槽的走刀路线；
图7为本发明半精加工辐板部位的走刀路线；
图8为本发明半精加工安装边下部凹槽的走刀路线；
图9为本发明精加工辐板部位的走刀路线；
图10为本发明精加工安装边下部凹槽的走刀路线；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种高温合金整体叶轮高效车削方法，包括如下步骤：
步骤一：粗加工阶段
①、选取粗加工刀具和刀杆
辐板部位：选用DDJNR2525M-15的偏刀杆，选用DNMG-150608-SF 1105的R0.8-55°菱形刀片(如图1所示)；
安装边下部凹槽：选用HLPGL3225-12-A3.5-T25的非标刀杆，选用LPGIR12-8.5-3T5PR IC907的W3R0.3非标刀片(如图3所示)；
②、设定车削参数
辐板部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.8mm，切削速度Vc为30m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
安装边下部凹槽：进给量f为0.2mm/r，切深ap为1mm，切削速度Vc为30m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.8mm，切削速度Vc为32m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定走刀路线
辐板部位：在径向上，由中心向外沿轮廓进行往复式走刀；在轴向上，由上向下进行层进式走刀(如图5所示)；
安装边下部凹槽：在径向上，由两边向拐角进行层进式走刀；在轴向上，由下向上进行层进式走刀(如图6所示)；
④、设定零件变形控制方式
待零件完成粗加工后，将零件在20℃的室温下放置24～48小时，充分释放应力，控制零件变形；
步骤二：半精加工阶段
①、选取半精加工刀具和刀杆
辐板部位：选用MVJNR2525M-16的偏刀杆，选用VNMG160408-TF IC804的R0.8-35°菱形刀片(如图2所示)；
安装边下部凹槽：选用HLPGL2525-12-A4.5-T30的非标刀杆，选用LPGIR-12-8-210T4IC907的W2R1非标刀片(如图4所示)；
②、设定车削参数
辐板部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
安装边下部凹槽：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.5mm，切削速度Vc为37m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定走刀路线
辐板部位：在径向上，由中心外沿轮廓进行单向走刀；在轴向上，由上向下进行单向走刀(如图7所示)；
安装边下部凹槽：在径向上，由两边向拐角进行走刀；在轴向上，由下向上进行单向走刀(如图8所示)；
④、设定零件变形控制方式
将半精加工工序设定为两个阶段；在第一个阶段时，先车掉半精加工余量的3/5，然后松开压紧零件的压板，使零件处于非限制状态，并在非限制状态下使零件在机床上放置至少6个小时，待充分释放应力后，重新利用压板将零件压紧；在第二阶段时，车掉剩余2/5的半精加工余量，再次松开压紧零件的压板，使零件处于非限制状态，并在非限制状态下使零件在机床上放置至少6个小时，直到应力得到充分释放，以减少后续精加工阶段时的零件变形量；
步骤三：精加工阶段
①、选取半精加工刀具和刀杆
辐板部位：选用MVJNR2525M-16的偏刀杆，选用VNMG160408-TF IC804的R0.8-35°菱形刀片(如图2所示)；
安装边下部凹槽：选用HLPGL2525-12-A4.5-T30的非标刀杆，选用LPGIR-12-8-210T4IC907的W2R1非标刀片(如图4所示)；
②、设定车削参数
辐板部位：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为40m/min，表面粗糙度为Ra0.8；
安装边下部凹槽：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为41m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定零件各部位精加工原则
当辐板轴向变形量＜0.1mm时，先精加工辐板，再精加工其他部分，精加工辐板时分3次走刀，每次走刀的切削深度为余量的1/3；当辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间时，先精加工其他部分，再精加工辐板，精加工辐板时分5次走刀，每次走刀的切削深度为余量的1/5；
④、设定走刀路线
辐板部位：车内止口时，在轴向上，由上向下进行单向走刀，以确定径向尺寸(如图9a所示)；在车辐脐时，在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀(如图9b所示)；车辐板型面时，在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀(如图9c所示)；
安装边下部凹槽：车安装边内圆时，在轴向上，由下向上进行单向走刀，以确定径向尺寸(如图10a所示)；车外侧倒角时，沿斜向45°角，由下向上进行单向走刀(如图10b所示)；车凹槽时，在径向上，由两边向拐角进行走刀，在轴向上，由下向上进行单向走刀(如图10c所示)；
⑤、利用UG软件编制车削程序
当辐板轴向变形量＜0.1mm时，车削程序按照“车内止口→辐脐、辐板一起车”原则进行编制；当辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间时，车削程序按照“车内止口→车辐脐→车辐板”原则进行编制；
以辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间为例，在UG软件中编制的车削程序如下：
；％_PIA002406_MPF
；REV:A
CR_CHANG(1)
HD＝"1"TL＝0
TL_CHANG
N0005G54
N0010；CXT
N0015；ZBX
N0020；ZBXFC
N0025DIAMOF
N0030G18D1
N0035；CHECK_G54XZ
N0040G95S30M03
N0045；Operation:PIA002406_程序头
N0050G01G90X200.Z200.F400.
N0055X221.71F50.M07
N0060Z3.
………
………
………………PIA002406_车内止口
N0110Z-17.72F10.
N0115X64.48F.15
N0120X78.033F.2
N0125Z-14.72F.15
……
……
………………PIA002406_车辐脐
N0145X74.8
N0150X74.895F10.
N0155Z-16.12
N0160G02X76.494Z-17.72CR＝1.6F.15
N0165G03X78.423Z-18.246CR＝3.8F.2
N0170G02X102.877Z-25.055CR＝49.2
……
……
…………………………车辐板型面
N0190G01Z200.F30.
N0195X200.F400.
N0200；CXW
N0205M05M09
N0210M30
％………程序尾
⑥、先利用UG后置处理功能将刀轨代码转换为G代码，再运用VERICUT软件进行车削程序仿真，确认无干涉后应用于现场加工。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (1)
1.一种高温合金整体叶轮高效车削方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：粗加工阶段
①、选取粗加工刀具和刀杆
辐板：选用DDJNR2525M-15的偏刀杆，选用DNMG-150608-SF 1105的R0.8-55°菱形刀片；
安装边下部凹槽：选用HLPGL3225-12-A3.5-T25的非标刀杆，选用LPGIR12-8.5-3T5PRIC907的W3R0.3非标刀片；
②、设定车削参数
辐板：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.8mm，切削速度Vc为30m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
安装边下部凹槽：进给量f为0.2mm/r，切深ap为1mm，切削速度Vc为30m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.8mm，切削速度Vc为32m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定走刀路线
辐板：在径向上，由中心向外沿轮廓进行往复式走刀；在轴向上，由上向下进行层进式走刀；
安装边下部凹槽：在径向上，由两边向拐角进行层进式走刀；在轴向上，由下向上进行层进式走刀；
④、设定零件变形控制方式
待零件完成粗加工后，将零件在室温下放置24～48小时，充分释放应力，控制零件变形；
步骤二：半精加工阶段
①、选取半精加工刀具和刀杆
辐板：选用MVJNR2525M-16的偏刀杆，选用VNMG160408-TF IC804的R0.8-35°菱形刀片；
安装边下部凹槽：选用HLPGL2525-12-A4.5-T30的非标刀杆，选用LPGIR-12-8-210T4IC907的W2R1非标刀片；
②、设定车削参数
辐板：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
安装边下部凹槽：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.2mm/r，切深ap为0.5mm，切削速度Vc为37m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定走刀路线
辐板：在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀；在轴向上，由上向下进行单向走刀；
安装边下部凹槽：在径向上，由两边向拐角进行走刀；在轴向上，由下向上进行单向走刀；
④、设定零件变形控制方式
将半精加工工序设定为两个阶段；在第一个阶段时，先车掉半精加工余量的3/5，然后松开压紧零件的压板，使零件处于非限制状态，并在非限制状态下使零件在机床上放置至少6个小时，待充分释放应力后，重新利用压板将零件压紧；在第二阶段时，车掉剩余2/5的半精加工余量，再次松开压紧零件的压板，使零件处于非限制状态，并在非限制状态下使零件在机床上放置至少6个小时，直到应力得到充分释放，以减少后续精加工阶段时的零件变形量；
步骤三：精加工阶段
①、选取半精加工刀具和刀杆
辐板：选用MVJNR2525M-16的偏刀杆，选用VNMG160408-TF IC804的R0.8-35°菱形刀片；
安装边下部凹槽：选用HLPGL2525-12-A4.5-T30的非标刀杆，选用LPGIR-12-8-210T4IC907的W2R1非标刀片；
②、设定车削参数
辐板：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为40m/min，表面粗糙度为Ra0.8；
安装边下部凹槽：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为35m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
其它部位：进给量f为0.15mm/r，切深ap为0.3mm，切削速度Vc为41m/min，表面粗糙度为Ra1.6；
③、设定零件各部位精加工原则
当辐板轴向变形量＜0.1mm时，先精加工辐板，再精加工其他部分，精加工辐板时分3次走刀，每次走刀的切削深度为余量的1/3；当辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间时，先精加工其他部分，再精加工辐板，精加工辐板时分5次走刀，每次走刀的切削深度为余量的1/5；
④、设定走刀路线
辐板：车内止口时，在轴向上，由上向下进行单向走刀，以确定径向尺寸；在车辐脐时，在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀；车辐板时，在径向上，由中心向外沿轮廓进行单向走刀；
安装边下部凹槽：车安装边内圆时，在轴向上，由下向上进行单向走刀，以确定径向尺寸；车外侧倒角时，沿斜向45°角，由下向上进行单向走刀；车凹槽时，在径向上，由两边向拐角进行走刀，在轴向上，由下向上进行单向走刀；
⑤、利用UG软件编制车削程序
当辐板轴向变形量＜0.1mm时，车削程序按照“车内止口→辐脐、辐板一起车”原则进行编制；当辐板轴向变形量位于0.1mm～0.16mm区间时，车削程序按照“车内止口→车辐脐→车辐板”原则进行编制；
⑥、先利用UG后置处理功能将刀轨代码转换为G代码，再运用VERICUT软件进行车削程序仿真，确认无干涉后应用于现场加工。
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