CN110497049B - 一种镍基超合金材料叶片的加工方法 - Google Patents

一种镍基超合金材料叶片的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍基超合金材料叶片的加工方法，涉及机加工技术领域，首先建立烧蚀加工速度和能量施加率，以将叶片的加工表面形成所需的部件形状和尺寸；确定在所述加工之前的重铸氧化物层厚度；确定氟离子清洗工艺，接着进行烧蚀加工；采用氟离子清洗设备对烧蚀加工后的工件进行清洗处理，去除其表面的重铸层；在完成氟离子清洗工艺之后检查工件，以确认工件的机加工表面符合既定的部件形状和尺寸，重铸层是否已经去除并且具有清洁表面，本发明在消融加工过程中形成的重铸层的氟离子清洗方法去除，比传统的重铸层去除更快，更省力，使得现有的消融加工过程能够以更快的速度执行而不用担心重铸层的形成。

Description

一种镍基超合金材料叶片的加工方法
技术领域
本发明属于机加工技术领域，具体涉及一种镍基超合金材料叶片的加工方法。
背景技术
诸如叶轮或叶片等部件的加工，通常通过对工件表面进行烧蚀而形成需要的形状和尺寸，随后通过氟离子清洗(FIC)去除在烧结加工过程中在工件表面上产生的重铸层。示例性的消融加工方法包括激光加工和放电加工(EDM)。工件材料可以包括通常用于制造叶轮或叶片的高温合金，其在EDM或激光加工期间易于形成重铸层。
目前已知的去除重铸层的方法，例如机械研磨、较低速度下的ECM加工或较低强度电流下的二次EDM加工，其主要存在效率低下，且去除效果欠佳的缺陷，且对于叶轮或叶片上的机加工孔的重铸层的去除，若采用上述方法，还存在操作难度大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍基超合金材料叶片的加工方法，以解决现有技术中导致的上述缺陷。
一种镍基超合金材料叶片的加工方法，包括如下步骤：
(1)建立烧蚀加工速度和能量施加率，以将叶片的加工表面形成所需的部件形状和尺寸；
(2)确定在所述加工之前通过执行烧蚀加工速度和能量施加速率而产生的重铸氧化物层厚度；
(3)确定氟离子清洗工艺，该工艺旨在去除先前确定厚度的重铸层氧化物层，使用放电加工或激光加工设备以确定的加工速度和能量施加率对工件进行烧蚀加工，使得工件的合成加工表面符合既定的部件形状和尺寸，形成先前确定厚度的重铸氧化层；
(4)采用氟离子清洗设备对烧蚀加工后的工件进行清洗处理，去除其表面的重铸层；
(5)在完成氟离子清洗工艺之后检查工件，以确认工件的机加工表面符合既定的部件形状和尺寸，重铸层是否已经去除并且具有清洁表面。
优选的，所述叶片含有多个机加工的冷却孔，冷却孔的直径为0.140英寸，允许重铸层的总厚度为0.002英寸。
优选的，所述步骤(4)中所用的氟离子清洗设备包括加热炉、内胆以及绝缘盖，所述内胆安装于加热炉内，且内胆的顶部通过所述的绝缘盖密封，所述绝缘盖上安装有进气管和出气管，所述出气管的外端连接至洗涤器。
优选的，所述绝缘盖与内胆之间还安装有O型密封环进行密封。
优选的，所述内胆的顶部设有冷却水套，所述出气管经过冷却水套连接至洗涤器内。
优选的，所述洗涤器包括箱体以及排气管，所述箱体内盛有用于中和内胆内反应气体的液体，箱体的顶部设有所述的排气管，所述出气管的出气口位于液体的液面以下。
优选的，所述内胆内还安装有用于放置叶片的摆放座，所述进气管的出气端连接至摆放座上的接口，所述摆放座包括一个圆柱形的底座以及若干呈周向排列的放置架，所述底座为中空的壳体结构，所述接口安装于底座的一侧并与其内部连通，所述放置架由两个对称设置的支撑板组成，支撑板之间设有若干等距设置的柔性的喷气管，喷气管的下端与底座的内部连通。
本发明的优点在于：
本发明方法比现有技术，诸如机械研磨、低速度低电流二次EDM加工、化学蚀刻等方法更加简洁高效。本方案可以在消融加工和氟离子清洁工艺之前或之后通过钎焊或焊接来修复部件。在随后的钎焊或焊接填充之前，本发明方法有利地提供了清洁的无氧化物表面，以促进部件表面和填充材料层之间的粘合。
在消融加工过程中形成的重铸层的氟离子清洗方法去除，比传统的重铸层去除更快，更省力。与已知的化学蚀刻重铸层去除工艺不同，氟离子清洗方法在部件上留下无氧化物表面，便于后续加工，例如通过钎焊或焊接工艺施加填充材料，并最终实现部件所需的形状和尺寸规格。通过氟离子清洗方法去除重铸层更容易使得现有的消融加工过程能够以更快的速度执行而不用担心重铸层的形成。氟离子清洗方法跟进过程移除重铸层并清洁组件更有利于随后的后加工处理步骤，从而使整个加工过程可以针对速度和效率进行优化。
此外，本发明中提供的氟离子清洗设备结构独特，反应后的气体经过冷却水套冷却后会通过洗涤器净化处理，获得安全无毒的排放物，冷却水套也能够对气体进行降温，不仅如此，特殊设计的摆放座也有利于气体能够精准地进入到叶片上的机加工孔内，以提高其处理效率和清洗的均匀性。
附图说明
图1为中氟离子清洗设备的结构示意图。
图2为本发明中摆放座上放置叶片后的结构示意图。
图3为本发明中摆放座的结构示意图。
其中，1-加热炉，2-内胆，3-绝缘盖，4-O型密封环，5-进气管，6-出气管，7-冷却水套，8-洗涤器，81-箱体，82-排气口，9-摆放座，91-底座，92-放置架， 93-喷气管，10-接口。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种镍基超合金材料叶片的加工方法，包括如下步骤：
(1)建立烧蚀加工速度和能量施加率，以将叶片的加工表面形成所需的部件形状和尺寸；
(2)确定在所述加工之前通过执行烧蚀加工速度和能量施加速率而产生的重铸氧化物层厚度；
(3)确定氟离子清洗工艺，该工艺旨在去除先前确定厚度的重铸层氧化物层，使用放电加工或激光加工设备以确定的加工速度和能量施加率对工件进行烧蚀加工，使得工件的合成加工表面符合既定的部件形状和尺寸，形成先前确定厚度的重铸氧化层；
(4)采用氟离子清洗设备对烧蚀加工后的工件进行清洗处理，去除其表面的重铸层；
(5)在完成氟离子清洗工艺之后检查工件，以确认工件的机加工表面符合既定的部件形状和尺寸，重铸层是否已经去除并且具有清洁表面。
在本实施例中，所述叶片含有多个机加工的冷却孔，冷却孔的直径为0.140 英寸，允许重铸层的总厚度为0.002英寸。
在本实施例中，所述步骤(4)中所用的氟离子清洗设备包括加热炉1、内胆2以及绝缘盖3，所述内胆2安装于加热炉1内，且内胆2的顶部通过所述的绝缘盖3密封，所述绝缘盖3上安装有进气管5和出气管6，所述出气管6的外端连接至洗涤器8。
在本实施例中，所述绝缘盖3与内胆2之间还安装有O型密封环4进行密封，以提高其密封性能。
在本实施例中，所述内胆2的顶部设有冷却水套7，所述出气管6经过冷却水套7连接至洗涤器8内。冷却水套7用于对反应后的气体进行降温，确保其在一个合理的温度区间，以利于后期的洗涤净化处理。
在本实施例中，所述洗涤器8包括箱体81以及排气管82，所述箱体81内盛有用于中和内胆2内反应气体的液体，箱体81的顶部设有所述的排气管82，所述出气管6的出气口位于液体的液面以下。
如图2和图3所示，为了使本发明中叶片在清洗时能够更加高效和均匀，所述内胆2内还安装有用于放置叶片的摆放座9，所述进气管5的出气端连接至摆放座9上的接口10，所述摆放座9包括一个圆柱形的底座91以及若干呈周向排列的放置架92，所述底座91为中空的壳体结构，所述接口10安装于底座91 的一侧并与其内部连通，所述放置架92由两个对称设置的支撑板组成，支撑板之间设有若干等距设置的柔性的喷气管93，喷气管93的下端与底座91的内部连通。气体经底座91混合后再经多个喷气管93精准排至叶片上的机加工孔内，根据需要，喷气管93的位置可调，灵活性好。且能放置多个叶片。其在使用时，通过进气管5向内胆2内通入氟化氢和氢气的混合气体，气体经进入到底座91 内进行混合，再经喷气管93喷出，氟离子与氧化物、硫化物、碳化物以及金属反应形成氟化物，而氧与氢反应后形成水蒸汽，氟化物和水蒸汽被借助于出气管 6排出，从而实现对机加工孔的清洗。
基于上述，本发明方法比现有技术，诸如机械研磨、低速度低电流二次EDM 加工、化学蚀刻等方法更加简洁高效。在本发明的一些实施例中，可以在消融加工和氟离子清洁工艺之前或之后通过钎焊或焊接来修复部件。在随后的钎焊或焊接填充之前，本发明方法有利地提供了清洁的无氧化物表面，以促进部件表面和填充材料层之间的粘合。
在消融加工过程中形成的重铸层的氟离子清洗方法去除，比传统的重铸层去除更快，更省力。与已知的化学蚀刻重铸层去除工艺不同，氟离子清洗方法在部件上留下无氧化物表面，便于后续加工，例如通过钎焊或焊接工艺施加填充材料，并最终实现部件所需的形状和尺寸规格。通过氟离子清洗方法去除重铸层更容易使得现有的消融加工过程能够以更快的速度执行而不用担心重铸层的形成。氟离子清洗方法跟进过程移除重铸层并清洁组件更有利于随后的后加工处理步骤，从而使整个加工过程可以针对速度和效率进行优化。
此外，本发明中提供的氟离子清洗设备结构独特，反应后的气体经过冷却水套7冷却后会通过洗涤器8净化处理，获得安全无毒的排放物，冷却水套7 也能够对气体进行降温，不仅如此，特殊设计的摆放座9也有利于气体能够精准地进入到叶片上的机加工孔内，以提高其处理效率和清洗的均匀性。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立烧蚀加工速度和能量施加率，以将叶片的加工表面形成所需的部件形状和尺寸；
(2)确定在所述加工之前通过执行烧蚀加工速度和能量施加速率而产生的重铸氧化物层厚度；
(3)确定氟离子清洗工艺，该工艺旨在去除先前确定厚度的重铸层氧化物层，使用放电加工或激光加工设备以确定的加工速度和能量施加率对工件进行烧蚀加工，使得工件的合成加工表面符合既定的部件形状和尺寸，形成先前确定厚度的重铸氧化层；
(4)采用氟离子清洗设备对烧蚀加工后的工件进行清洗处理，去除其表面的重铸层；
(5)在完成氟离子清洗工艺之后检查工件，以确认工件的机加工表面符合既定的部件形状和尺寸，重铸层是否已经去除并且具有清洁表面。
2.根据权利要求1所述的一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于：所述叶片含有多个机加工的冷却孔，冷却孔的直径为0.140英寸，允许重铸层的总厚度为0.002英寸。
3.根据权利要求1所述的一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)中所用的氟离子清洗设备包括加热炉(1)、内胆(2)以及绝缘盖(3)，所述内胆(2)安装于加热炉(1)内，且内胆(2)的顶部通过所述的绝缘盖(3)密封，所述绝缘盖(3)上安装有进气管(5)和出气管(6)，所述出气管(6)的外端连接至洗涤器(8)。
4.根据权利要求3所述的一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于：所述绝缘盖(3)与内胆(2)之间还安装有O型密封环(4)进行密封。
5.根据权利要求4所述的一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于：所述内胆(2)的顶部设有冷却水套(7)，所述出气管(6)经过冷却水套(7)连接至洗涤器(8)内。
6.根据权利要求5所述的一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于：所述洗涤器(8)包括箱体(81)以及排气管(82)，所述箱体(81)内盛有用于中和内胆(2)内反应气体的液体，箱体(81)的顶部设有所述的排气管(82)，所述出气管(6)的出气口位于液体的液面以下。
7.根据权利要求3所述的一种镍基超合金材料叶片的加工方法，其特征在于：所述内胆(2)内还安装有用于放置叶片的摆放座(9)，所述进气管(5)的出气端连接至摆放座(9)上的接口(10)，所述摆放座(9)包括一个圆柱形的底座(91)以及若干呈周向排列的放置架(92)，所述底座(91)为中空的壳体结构，所述接口(10)安装于底座(91)的一侧并与其内部连通，所述放置架(92)由两个对称设置的支撑板组成，支撑板之间设有若干等距设置的柔性的喷气管(93)，喷气管(93)的下端与底座(91)的内部连通。
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