CN109465680A - 一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法 - Google Patents

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余杰
赵赟
吴晓锋
任景刚
沈毅
仇荣俊
汤丽
陈海瑛
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency

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Abstract

本发明公开了一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，包括以下步骤；步骤1，将超声冲击装置与加工中心主轴固定连接，并开启超声冲击装置主机电源；步骤2，加工中心通过主轴控制超声冲击装置按照精加工路线运动，对铣削后的工件整个表面进行超声冲击加工，超声冲击装置的振动方向始终为工件表面法线方向；步骤3，待工件加工完毕后，更换夹具上的工件，重复步骤2；步骤4，若全部工件加工完毕，加工中心停止工作，关闭超声冲击装置主机电源，取下工件，取下超声冲击装置。去除叶片型面的刀痕，减小表面粗糙度，增加叶片表面的压应力，大幅提升叶片型面的表面完整性，在提升疲劳强度的同时可减少气流阻力，同时满足形位精度及表面精度。

Description

一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法
技术领域
本发明属于精加工领域，涉及一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法。
背景技术
高性能航空发动机需要诸如整体叶盘或叶片等高强度、高抗疲劳性能的零部件支撑。整体叶盘或叶片型面在铣削加工后，表面会有铣刀所留下的振刀波浪线，表面粗糙度Ra一般在1.6μm～3.2μm之间，后续需要采用抛光、振动光饰和喷丸强化等表面强化处理工艺来提高叶片表面质量及亚表面质量，以大幅度增强整体叶盘的耐久性，防止表面出现裂纹，从而提高使用寿命和降低维护修理成本。
传统抛光、振动光饰等工艺仅能部分提升零件表面质量，而喷丸工艺采用气动方式，在深残余压应力层、耐腐蚀性、疲劳寿命和表面完整性、高强度强化及表面粗糙度优化上存在一定局限。喷丸强化对表面不规则部件实施较困难或效果受影响，振动光饰对薄件强化可能引起变形，对表面粗糙度或尺寸都可能产生影响，对大型结构件强化设备要求很高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，一次性获得同时满足形位精度及表面精度，最终提升航空发动机关键部件性能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，包括以下步骤；
步骤1，将超声冲击装置与加工中心主轴固定连接，并开启超声冲击装置主机电源；
步骤2，加工中心通过主轴控制超声冲击装置按照精加工路线运动，对铣削后的工件整个表面进行超声冲击加工，超声冲击装置的振动方向始终为工件表面法线方向；
步骤3，待工件加工完毕后，更换夹具上的工件，重复步骤2；
步骤4，若全部工件加工完毕，加工中心停止工作，关闭超声冲击装置主机电源，取下工件，从主轴上取下超声冲击装置。
优选的，步骤1中，超声冲击装置通过刀柄与主轴连接。
进一步，超声冲击装置通过锥套和防松螺母与刀柄固定同轴连接。
进一步，超声冲击装置与HSK刀柄连接。
优选的，步骤1中，开启超声冲击装置主机电源后，用手拨动刀具头，若刀具头能灵活转动，用力压刀具头，应能感到有强烈的能量输出，则间隙合适；若刀具头转动不灵活并感觉发热，则间隙过小；若刀具头转动灵活，用力压刀具头感觉不到能量输出，则间隙过大。
优选的，进行超声冲击加工前，对刀具头进行对刀。
优选的，步骤2中，刀具头进给量为0.05mm/min～0.2mm/min。
优选的，步骤2中，超声冲击装置主机电源输出电流为0.6A～1.4A，刀具头对工件施加静压力为200N～800N，振幅为10μm～20μm，频率为18000Hz～30000Hz。
优选的，所述加工中心为五轴联动加工中心。
优选的，超声强化处理后工件表面粗糙度Ra为0.2μm～0.8μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明针对整体叶盘、转子叶片等类型零件叶型加工后处理，通过采用超声冲击装置沿加工路线对工件进行加工，叶片铣削后在加工中心上进行，取代原有叶片铣削后进行喷丸强化工艺+抛光或振动光饰的方法，去除叶片型面的刀痕，减小表面粗糙度，增加叶片表面的压应力，大幅提升叶片型面的表面完整性，在提升疲劳强度的同时可减少气流阻力，一次性获得同时满足形位精度及表面精度，最终提升航空发动机关键部件性能。本发明不但获得叶片型面的表面粗糙度，还可提高疲劳强度和疲劳寿命，可直接装配使用，应用范围广泛。另外，整体叶盘或叶片在铣加工后可直接在加工中心上进行，实现叶片一次加工完直接装配使用，具有加工精度高、加工表面均匀、质量好、能大幅节省成本等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1-振动发生器；2-刀具头；3-HSK刀柄；4-锥套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本实施例优选采用五轴联动加工中心，将超声冲击装置与HSK刀柄3固定，连接在主轴上。
超声冲击装置包括刀具头2和振动发生器1，刀具头2用于与工件接触进行加工；振动发生器1外接超声冲击装置主机电源开关，内部设置有回油嘴和进油嘴，用于通过润滑油，实现对加工工件表面的润滑。
振动发生器1末端通过锥套4和防松螺母与HSK刀柄3固定同轴连接。
具体操作步骤如下：
步骤一、将超声冲击装置通过HSK刀柄3安装在铣削加工中心上，并与超声冲击装置主机相连接。
步骤二、打开超声冲击装置主机电源开关，用手拨动刀具头2，刀具头2应能灵活转动，用力压刀具头2，应能感到有强烈的能量输出，如此说明间隙合适。若刀具头2转动不灵活并感觉发热，说明间隙过小。若刀具头2转动灵活，用力压刀具头2感觉不到能量输出，则间隙过大。间隙过大、过小都必须重新调整，直到间隙合适。
步骤三、对刀具头2进行对刀。
步骤四、整体叶盘或叶片型面超声强化时，铣削加工中心主轴不转动，加工中心通过主轴控制超声冲击装置按照精加工路线运动，对工件整个表面进行强化，刀具头2和工件表面接触以后，调整机床转速、进给量，刀具头2进给量为0.05mm/min～0.2mm/min，超声冲击装置主机电源输出电流为0.6A～1.4A，刀具头2对工件施加静压力为200N～800N，振幅为10μm～20μm，频率为18000Hz～30000Hz，刀具头2沿工件表面法线方向对工件施加超声频机械振动。加工过程中利用节流阀对进油嘴油量进行调整。
步骤五、超声强化处理后零件表面粗糙度Ra在0.2μm～0.8μm，不能达到粗糙度等级的，应优化步距，提高表面质量。
步骤六、待工件加工完毕后，更换夹具上的工件，重复步骤三、四和五；
步骤七、若全部工件加工完毕，加工中心停止工作，关闭超声冲击装置主机电源，取下工件，从主轴上取下超声冲击装置。
通过刀具头2沿工件表面法线方向对工件施加一定幅度的超声频机械振动，并在一定静压力和进给速度条件下，刀具头2将压力和超声冲击振动传递给被加工机械零部件表面，利用金属在常温状态下的冷缩性特点，使材料产生塑性变形，消除微小裂纹，提高表面粗糙度，降低表面残余应力，提高工件强度。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤1，将超声冲击装置与加工中心主轴固定连接，并开启超声冲击装置主机电源；
步骤2，加工中心通过主轴控制超声冲击装置按照精加工路线运动，对铣削后的工件整个表面进行超声冲击加工，超声冲击装置的振动方向始终为工件表面法线方向；
步骤3，待工件加工完毕后，更换夹具上的工件，重复步骤2；
步骤4，若全部工件加工完毕，加工中心停止工作，关闭超声冲击装置主机电源，取下工件，从主轴上取下超声冲击装置。
2.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，步骤1中，超声冲击装置通过刀柄与主轴连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，超声冲击装置通过锥套(4)和防松螺母与刀柄固定同轴连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，超声冲击装置与HSK刀柄(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，步骤1中，开启超声冲击装置主机电源后，用手拨动刀具头(2)，若刀具头(2)能灵活转动，用力压刀具头(2)，应能感到有强烈的能量输出，则间隙合适；若刀具头(2)转动不灵活并感觉发热，则间隙过小；若刀具头(2)转动灵活，用力压刀具头(2)感觉不到能量输出，则间隙过大。
6.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，进行超声冲击加工前，对刀具头(2)进行对刀。
7.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，步骤2中，刀具头(2)进给量为0.05mm/min～0.2mm/min。
8.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，步骤2中，超声冲击装置主机电源输出电流为0.6A～1.4A，刀具头(2)对工件施加静压力为200N～800N，振幅为10μm～20μm，频率为18000Hz～30000Hz。
9.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，所述加工中心为五轴联动加工中心。
10.根据权利要求1所述的一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法，其特征在于，超声强化处理后工件表面粗糙度Ra为0.2μm～0.8μm。
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