CN109623294B - 一种飞机涡轮叶片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种飞机涡轮叶片的加工方法，该加工方法包括毛坯选料、粗打磨定位、粗铣加工定位面、精磨定位面、叶根粗加工、叶尖粗加工、型面粗加工、型面精加工、拉削粗加工、叶根精加工、叶尖精加工、拉削精加工、型面钻孔和抛光以及喷涂的工序；本发明通过降低切削深度和增加转速，并且对涡轮叶片的不同作用的部位做出具体的区别，加工时选择不同精度的铣刀和打磨的砂带，使生产涡轮叶片的成本降低，高质量的刀具的损耗减少，同时提高叶片整体的性能。
Description
技术领域
本发明涉及航空制造技术领域，具体的是一种飞机涡轮叶片的加工方法。
背景技术
航空制造一直都是高精制造的前沿科技，航空发动机以其承受的压力和温度高而备受瞩目，也是提高发动机性能和提速的一个重要的指标，目前发动机所承受的温度可以超过一千摄氏度，为了能够更好的使用发动机的功能，发动机零部件的制造精度和加工的方式决定了航空发展的水平。
涡轮发动机作为飞机发动机的主力其性能的好坏由涡轮叶片决定，涡轮叶片是承受着压力和温度最大的零部件，在材料方面受发展限制的前提下，提高涡轮叶片制造的精度在加工过程中显得尤为重要，合金类的材料加上厚度的不均匀和薄，加工难度不言而喻，在追求加工效率的同时，在先进机床的支持下，对涡轮叶片的区别加工可以提高叶片的整体性能，克服涡轮叶片寿命短，易损坏，整体加工难度大的诸多问题，并且在加工设备和刀具上具有成本过高的缺点，也是因为对叶片的制造通常是一视同仁，没有具体区分部件位置的实际作用和所需的精度对运行的影响。因此，如何改善涡轮叶片加工过程中对叶片、叶根和型面的区别加工方法，采用更小的切削深度，高精度的定位面，提高制造的精度和制造水平是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞机涡轮叶片的加工方法，解决了以下技术问题：
1)涡轮叶片通常采用相同的加工工艺对叶片和叶根进行加工，导致在不同环境中使用的叶片和叶根具有相同的精度，航空发动机技术难以继续提升；
2)合金材料难以加工，加工精度过高，一次成型困难；
3)通过增加和细化操作过程。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种飞机涡轮叶片的加工方法，该加工方法包括毛坯选料、粗打磨定位、粗铣加工定位面、精磨定位面、叶根粗加工、叶尖粗加工、型面粗加工、型面精加工、拉削粗加工、叶根精加工、叶尖精加工、拉削精加工、型面钻孔和抛光以及喷涂的工序，具体步骤如下：
步骤一、毛坯选料和粗打磨定位：将铸造完成的涡轮叶片在两个定位面、两个接触面、叶尖方向和叶根方向的六个不同方位的相机下做六面投影，投影的六张照片分别与标准尺寸照片进行对比，选取各尺寸均大于标准尺寸的铸件；将铸件两个接触面安装在打磨工位上，选择1000目的砂带对涡轮叶片铸件进行粗磨定位面，粗磨定位面的表面粗糙度为R0.1mm；
步骤二、粗铣加工定位面和精磨定位面：将经过粗磨定位面的涡轮叶片的接触面固定在数控铣床上，选用粗齿面铣刀对定位面进行铣削加工，铣削加工的精度在R10um，涡轮叶片移装在打磨机上，采用4000目的砂带对涡轮叶片进行精磨定位面，叶片定位面的表面粗糙度为R0.1um；
步骤三、叶根粗加工、叶尖粗加工和型面粗加工：将涡轮叶片定位面安装在数控铣床上，选择切削角半径为2mm三面刃粗齿铣刀对叶根进行粗加工，铣削接触面、连接台、前槽和后槽；选择切削角半径为2mm角度粗齿铣刀对叶尖进行粗加工，铣削出叶尖槽；选择切削角半径为2mm圆柱形螺旋粗齿铣刀进行粗加工，即使用螺旋粗齿铣刀铣削型面和背曲面；
步骤四、型面精加工、叶根精加工和叶尖精加工：选择切削角半径为1mm圆柱形螺旋细齿铣刀对型面进行精加工，选择切削角半径为1mm三面刃细齿铣刀对叶根进行精加工，选择切削角半径为1mm角度细齿铣刀对叶尖进行精加工；
步骤五、拉削粗加工和拉削精加工：采用精拉刀在拉床上对型面和背曲面进行拉削加工，选择硬质合金镶齿平面拉刀对型面和背曲面进行粗加工，再进行拉削精加工，加工后预留余量为0.08-0.12mm；
步骤六、型面钻孔和抛光：选用切削角半径为1mm的钻孔刀对型面内侧进行钻孔，钻出气孔；抛光时首先通过人工进行粗抛光，对叶片型面和背曲面的尺寸做修改，使弧线形的叶片形状均匀化，再对型面和背曲面进行半精抛光，半精抛光的粗糙度为R0.1mm，最后做精抛光，用细的膏剂涂抹在羊毛毡轮上，型面和背曲面的表面粗糙度达到R0.01um：
步骤七、喷涂：首先通过定位面夹紧，对型面和背曲面进行耐磨耐高温材料的喷涂，当型面和背曲面喷涂干燥后，通过夹具夹持连接台，对定位面和接触面以及叶根进行耐磨喷涂。
作为本发明进一步的方案，所述步骤一中标准尺寸为铸件成型的外部轮廓尺寸大于成品的尺寸余量1mm。
作为本发明进一步的方案，所述步骤二中对定位面的粗加工数控铣床的转速为3000r/min，进给速度为580mm/min，切削深度为0.2-0.3mm；定位面的精磨的转速为4000r/min，每个砂带打磨五十个定位面。
作为本发明进一步的方案，所述步骤三中叶根和接触面粗加工的转速为3000r/min，进给速度为580mm/min，切削深度为0.2-0.3mm,连接台、前槽和后槽的进给速度为620mm/min，切削深度为0.5-0.6mm；叶尖粗加工的转速为4000r/min，进给速度为460mm/min，切削深度为0.2-0.3mm，叶尖槽的切削深度为0.5-0.6mm；型面和背曲面粗加工的转速为4000r/min，进给速度为600mm/min，切削深度为0.3-0.4mm。
作为本发明进一步的方案，所述步骤四中叶根和接触面精加工的转速为4000r/min，进给速度为500mm/min，切削深度为0.02-0.05mm,连接台、前槽和后槽的进给速度为580mm/min，切削深度为0.02-0.05mm；叶尖精加工的转速为4500r/min，进给速度为420mm/min，切削深度为0.02-0.05mm，叶尖槽的切削深度为0.02-0.05mm；型面和背曲面精加工的转速为4500r/min，进给速度为560mm/min，切削深度为0.02-0.05mm。
作为本发明进一步的方案，所述步骤五中型面和背曲面进行拉削粗加工的速度为3000mm/min，拉削深度为0.1-0.2mm，型面和背曲面进行拉削精加工的速度为1000mm/min，拉削深度为0.01-0.02mm。
作为本发明进一步的方案，所述步骤六中钻孔刀钻孔的转速为5000r/min，接触进给速度为1mm/s，抛光采用碳化硅大气孔砂轮，粗抛光采用磨料的粒度为TL120，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为20m/s，工件轴向移动速度为25次/分；半精抛光采用磨料的粒度为TL240，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为21m/s，工件轴向移动速度为15次/分；精抛光采用磨料的粒度为TL440，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为22m/s，工件轴向移动速度为10次/分。
作为本发明进一步的方案，所述步骤七中采用真空等离子喷涂方式对叶片进行喷涂，叶尖、型面和背曲面涂层的耐高温的强度在700℃以上，叶根涂层的耐高温的强度在600℃以上。
本发明的有益效果：
1、该飞机涡轮叶片的加工方法首先对涡轮叶片的定位面做高精度的要求和打磨，使其能够在加工叶片和叶根的时候避免振动和偏移，采用4000目的砂带是对精度更高的要求，使定位面的精度无线接近叶片表面的制造精度，对叶根、叶尖和型面的不同位置采用不同的铣刀和不同的切削工艺，使各部位达到其所在位置的使用精度即可，过多的中和叶片、型面和叶根的精度会造成每个部位都达不到使用需求的缺陷，同时在合金的加工中进给速度不能过快，尤其是叶片这种薄的零件，转速要加大，增大角速度保护刀具。
2、通过余量的范围控制铸件的质量，余量范围小于这个值则为次品，不能通过加工得到标准尺寸，余量范围大于这个值，可以通过人工方式去除多的余量，再进行加工，保证成品的尺寸没有缺陷；粗铣使定位面的余量快速去除并且达到可以进行精密打磨的表面光洁度，精磨使定位面具有更高的定位精度，定位精度的误差控制在0.001um，使涡轮叶片后期的加工具有更高的精度。
3、本发明通过降低切削深度和增加转速，并且对涡轮叶片的不同作用的部位做出具体的区别，加工时选择不同精度的铣刀和打磨的砂带，使生产涡轮叶片的成本降低，高质量的刀具的损耗减少，同时提高叶片整体的性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明加工过程方框示意图。
图2是本发明加工叶片轴侧方向结构示意图。
图3是本发明加工叶片背面结构示意图。
图4是本发明中加工叶片正面结构示意图。
附图标记：叶根1、定位面11、接触面12、连接台13、前槽14、后槽15、型面2、气孔21、背曲面22、叶尖3、叶尖槽31。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4所示，本发明为一种飞机涡轮叶片的加工方法，该加工方法包括毛坯选料、粗打磨定位、粗铣加工定位面、精磨定位面、叶根粗加工、叶尖粗加工、型面粗加工、型面精加工、拉削粗加工、叶根精加工、叶尖精加工、拉削精加工、型面钻孔和抛光以及喷涂的工序，具体步骤如下：
步骤一、毛坯选料和粗打磨定位：将铸造完成的涡轮叶片在两个定位面11、两个接触面12、叶尖3方向和叶根1方向的六个不同方位的相机下做六面投影，投影的六张照片分别与标准尺寸照片进行对比，对尺寸存在缺陷的剔除，选取各尺寸均大于标准尺寸的铸件；将铸件两个接触面12安装在打磨工位上，选择1000目的砂带对涡轮叶片铸件进行粗磨定位面11，粗磨定位面11的表面粗糙度为R0.1mm；
步骤二、粗铣加工定位面和精磨定位面：将经过粗磨定位面11的涡轮叶片的接触面12固定在数控铣床上，选用粗齿面铣刀对定位面11进行铣削加工，铣削加工的精度在R10um，涡轮叶片移装在打磨机上，采用4000目的砂带对涡轮叶片进行精磨定位面11，叶片定位面11的表面粗糙度为R0.1um；
步骤三、叶根粗加工、叶尖粗加工和型面粗加工：将涡轮叶片定位面11安装在数控铣床上，选择切削角半径为2mm三面刃粗齿铣刀对叶根1进行粗加工，铣削接触面12、连接台13、前槽14和后槽15,；选择切削角半径为2mm角度粗齿铣刀对叶尖3进行粗加工，铣削出叶尖槽31；选择切削角半径为2mm圆柱形螺旋粗齿铣刀进行粗加工，即使用螺旋粗齿铣刀铣削型面2和背曲面22；
步骤四、型面精加工、叶根精加工和叶尖精加工：选择切削角半径为1mm圆柱形螺旋细齿铣刀对型面2进行精加工，选择切削角半径为1mm三面刃细齿铣刀对叶根1进行精加工，选择切削角半径为1mm角度细齿铣刀对叶尖3进行精加工；
步骤五、拉削粗加工和拉削精加工：采用精拉刀在拉床上对型面2和背曲面22进行拉削加工，选择硬质合金镶齿平面拉刀对型面2和背曲面22进行粗加工，再进行拉削精加工，加工后预留余量为0.08-0.12mm；
步骤六、型面钻孔和抛光：选用切削角半径为1mm的钻孔刀对型面2内侧进行钻孔，钻出气孔21；抛光时首先通过人工进行粗抛光，对叶片型面2和背曲面22的尺寸做修改，使弧线形的叶片形状均匀化，再对型面2和背曲面22进行半精抛光，半精抛光的粗糙度为R0.1mm，最后做精抛光，用细的膏剂涂抹在羊毛毡轮上，型面2和背曲面22的表面粗糙度达到R0.01um：
步骤七、喷涂：首先通过定位面11夹紧，对型面2和背曲面22进行耐磨耐高温材料的喷涂，当型面2和背曲面22喷涂干燥后，通过夹具夹持连接台13，对定位面11和接触面12以及叶根1进行耐磨喷涂。对涡轮叶片的定位面做高精度的要求和打磨，使其能够在加工叶片和叶根的时候避免振动和偏移，采用4000目的砂带是对精度更高的要求，使定位面的精度无线接近叶片表面的制造精度，对叶根、叶尖和型面的不同位置采用不同的铣刀和不同的切削工艺，使各部位达到其所在位置的使用精度即可，过多的中和叶片、型面和叶根的精度会造成每个部位都达不到使用需求的缺陷，同时在合金的加工中进给速度不能过快，尤其是叶片这种薄的零件，转速要加大，增大角速度保护刀具。
所述步骤一中标准尺寸为铸件成型的外部轮廓尺寸大于成品的尺寸余量1mm，余量范围小于这个值则为次品，不能通过加工得到标准尺寸，余量范围大于这个值，可以通过人工方式去除多的余量，再进行加工，保证成品的尺寸没有缺陷。
所述步骤二中对定位面11的粗加工数控铣床的转速为3000r/min，进给速度为580mm/min，切削深度为0.2-0.3mm；定位面11的精磨的转速为4000r/min，每个砂带打磨五十个定位面11；粗铣使定位面的余量快速去除并且达到可以进行精密打磨的表面光洁度，精磨使定位面具有更高的定位精度，定位精度的误差控制在0.001um，使涡轮叶片后期的加工具有更高的精度。
所述步骤三中叶根1和接触面12粗加工的转速为3000r/min，进给速度为580mm/min，切削深度为0.2-0.3mm,连接台13、前槽和后槽15的进给速度为620mm/min，切削深度为0.5-0.6mm；叶尖3粗加工的转速为4000r/min，进给速度为460mm/min，切削深度为0.2-0.3mm，叶尖槽31的切削深度为0.5-0.6mm；型面2和背曲面22粗加工的转速为4000r/min，进给速度为600mm/min，切削深度为0.3-0.4mm；粗加工使叶根，叶尖和型面具有清楚地外部轮廓，并且具有较高的表面粗糙度，在精加工的过程中具有很好地给刀角度和加工精度。
所述步骤四中叶根1和接触面12精加工的转速为4000r/min，进给速度为500mm/min，切削深度为0.02-0.05mm,连接台13、前槽和后槽15的进给速度为580mm/min，切削深度为0.02-0.05mm；叶尖3精加工的转速为4500r/min，进给速度为420mm/min，切削深度为0.02-0.05mm，叶尖槽31的切削深度为0.02-0.05mm；型面2和背曲面22精加工的转速为4500r/min，进给速度为560mm/min，切削深度为0.02-0.05mm；
所述步骤五中型面2和背曲面22进行拉削粗加工的速度为3000mm/min，拉削深度为0.1-0.2mm，型面2和背曲面22进行拉削精加工的速度为1000mm/min，拉削深度为0.01-0.02mm；
所述步骤六中钻孔刀钻孔的转速为5000r/min，接触进给速度为1mm/s，抛光采用碳化硅大气孔砂轮，粗抛光采用磨料的粒度为TL120，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为20m/s，工件轴向移动速度为25次/分；半精抛光采用磨料的粒度为TL240，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为21m/s，工件轴向移动速度为15次/分；精抛光采用磨料的粒度为TL440，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为22m/s，工件轴向移动速度为10次/分；
所述步骤七中采用真空等离子喷涂方式对叶片进行喷涂，叶尖3、型面2和背曲面22涂层的耐高温的强度在700℃以上，叶根1涂层的耐高温的强度在600℃以上。
本发明通过降低切削深度和增加转速，并且对涡轮叶片的不同作用的部位做出具体的区别，加工时选择不同精度的铣刀和打磨的砂带，使生产涡轮叶片的成本降低，高质量的刀具的损耗减少，同时提高叶片整体的性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种飞机涡轮叶片的加工方法，其特征在于，该加工方法包括毛坯选料、粗打磨定位、粗铣加工定位面、精磨定位面、叶根粗加工、叶尖粗加工、型面粗加工、型面精加工、拉削粗加工、叶根精加工、叶尖精加工、拉削精加工、型面钻孔和抛光以及喷涂的工序，具体步骤如下：
步骤一、毛坯选料和粗打磨定位：将铸造完成的涡轮叶片在两个定位面(11)、两个接触面(12)、叶尖(3)方向和叶根(1)方向的六个不同方位的相机下做六面投影，投影的六张照片分别与标准尺寸照片进行对比，选取各尺寸均大于标准尺寸的铸件；将铸件两个接触面(12)安装在打磨工位上，选择1000目的砂带对涡轮叶片铸件进行粗磨定位面(11)，粗磨定位面(11)的表面粗糙度为R0.1mm；
步骤二、粗铣加工定位面和精磨定位面：将经过粗磨定位面(11)的涡轮叶片的接触面(12)固定在数控铣床上，选用粗齿面铣刀对定位面(11)进行铣削加工，铣削加工的精度在R10um，涡轮叶片移装在打磨机上，采用4000目的砂带对涡轮叶片进行精磨定位面(11)，叶片定位面(11)的表面粗糙度为R0.1 um；
步骤三、叶根粗加工、叶尖粗加工和型面粗加工：将涡轮叶片定位面(11)安装在数控铣床上，选择切削角半径为2mm三面刃粗齿铣刀对叶根(1)进行粗加工，铣削接触面(12)、连接台(13)、前槽(14)和后槽(15)；选择切削角半径为2mm角度粗齿铣刀对叶尖(3)进行粗加工，铣削出叶尖槽(31)；选择切削角半径为2mm圆柱形螺旋粗齿铣刀进行粗加工，即使用螺旋粗齿铣刀铣削型面(2)和背曲面(22)；
步骤四、型面精加工、叶根精加工和叶尖精加工：选择切削角半径为1mm圆柱形螺旋细齿铣刀对型面(2)进行精加工，选择切削角半径为1mm三面刃细齿铣刀对叶根(1)进行精加工，选择切削角半径为1mm角度细齿铣刀对叶尖(3)进行精加工；
步骤五、拉削粗加工和拉削精加工：采用精拉刀在拉床上对型面(2)和背曲面(22)进行拉削加工，选择硬质合金镶齿平面拉刀对型面(2)和背曲面(22)进行粗加工，再进行拉削精加工，加工后预留余量为0.08-0.12mm；
步骤六、型面钻孔和抛光：选用切削角半径为1mm的钻孔刀对型面(2)内侧进行钻孔，钻出气孔(21)；抛光时首先通过人工进行粗抛光，对叶片型面(2)和背曲面(22)的尺寸做修改，使弧线形的叶片形状均匀化，再对型面(2)和背曲面(22)进行半精抛光，半精抛光的粗糙度为R0.1mm，最后做精抛光，用细的膏剂涂抹在羊毛毡轮上，型面(2)和背曲面(22)的表面粗糙度达到R0.01 um；
步骤七、喷涂：首先通过定位面(11)夹紧，对型面(2)和背曲面(22)进行耐磨耐高温材料的喷涂，当型面(2)和背曲面(22)喷涂干燥后，通过夹具夹持连接台(13)，对定位面(11)和接触面(12)以及叶根(1)进行耐磨喷涂。
2.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤一中标准尺寸为铸件成型的外部轮廓尺寸大于成品的尺寸余量1mm。
3.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤二中对定位面(11)的粗加工数控铣床的转速为3000r/min，进给速度为580mm/min，切削深度为0.2-0.3mm；定位面(11)的精磨的转速为4000r/min，每个砂带打磨五十个定位面(11)。
4.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤三中叶根(1)和接触面(12)粗加工的转速为3000r/min，进给速度为580mm/min，切削深度为0.2-0.3mm,连接台(13)、前槽和后槽(15)的进给速度为620mm/min，切削深度为0.5-0.6mm；叶尖(3)粗加工的转速为4000r/min，进给速度为460mm/min，切削深度为0.2-0.3mm，叶尖槽(31)的切削深度为0.5-0.6mm；型面(2)和背曲面(22)粗加工的转速为4000r/min，进给速度为600mm/min，切削深度为0.3-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤四中叶根(1)和接触面(12)精加工的转速为4000r/min，进给速度为500mm/min，切削深度为0.02-0.05mm,连接台(13)、前槽和后槽(15)的进给速度为580mm/min，切削深度为0.02-0.05mm；叶尖(3)精加工的转速为4500r/min，进给速度为420mm/min，切削深度为0.02-0.05mm，叶尖槽(31)的切削深度为0.02-0.05mm；型面(2)和背曲面(22)精加工的转速为4500r/min，进给速度为560mm/min，切削深度为0.02-0.05mm。
6.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤五中型面(2)和背曲面(22)进行拉削粗加工的速度为3000mm/min，拉削深度为0.1-0.2mm，型面(2)和背曲面(22)进行拉削精加工的速度为1000mm/min，拉削深度为0.01-0.02mm。
7.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤六中钻孔刀钻孔的转速为5000r/min，接触进给速度为1mm/s，抛光采用碳化硅大气孔砂轮，粗抛光采用磨料的粒度为TL120，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为20m/s，工件轴向移动速度为25次/分；半精抛光采用磨料的粒度为TL240，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为21m/s，工件轴向移动速度为15次/分；精抛光采用磨料的粒度为TL440，抛光时的压力为1.8kg，磨轮的转速为22m/s，工件轴向移动速度为10次/分。
8.根据权利要求1所述的一种飞机涡轮叶片的加工方法,其特征在于，所述步骤七中采用真空等离子喷涂方式对叶片进行喷涂，叶尖(3)、型面(2)和背曲面(22)涂层的耐高温的强度在700℃以上，叶根(1)涂层的耐高温的强度在600℃以上。
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