CN112091548B - 一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法，包括以下步骤：步骤1：分别加工整体叶盘及焊接件；步骤2：将整体叶盘与焊接件焊接；步骤3：时效热处理；步骤4：铣削叶片；步骤5：对叶型及流道进行振动光饰；步骤6：精加工焊接件内外型面；步骤7：钻削孔系及铣槽型；步骤8：插削外花键；步骤9：渗透检验整体叶盘全部表面；步骤10：喷涂耐磨材料；步骤11：磨涂层；步骤12：静平衡；步骤13：涂干膜润滑剂；步骤14：湿吹砂；本发明不仅能够缩短钛合金焊接式整体叶盘加工周期，还可以节省工装刀具制造费用，并且极大提高零件成型后尺寸精度及表面质量状态。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别提供一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法。
背景技术
钛合金整体叶盘为单盘零件结构，加工技术及加工工艺日趋成熟，目前行业内采用车削、铣削等加工方法进行加工。而钛合金焊接式整体叶盘零件总长约500mm，轴颈处外径110mm，壁厚3mm，整体呈薄壁弱刚性结构，并存在深腔、半封闭复杂腔槽、多类型小孔等结构特点，尺寸及形位要求不易保证；叶片部位又呈现出叶片间相互遮挡、弯掠组合的造型特点，材料硬度低，弹性模量小，加工中极易出现变形、让刀等问题；由于冷热工艺交替进行，加工系统极不稳定，工序中需根据冷热工艺特点考虑余量、装夹、变形等一系列问题，设计合格有效的工艺方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法，可有效地解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法，包括以下步骤：
步骤1：分别加工整体叶盘及焊接件：
整体叶盘盘体鼓筒内壁加工至最终状态，整体叶盘盘体鼓筒外壁、整体叶盘外端型面及叶片保留1mm余量，焊接件加工至保留余量1mm状态；在整体叶盘与焊接件连接部位增加长度为14mm、高度为8mm的工艺安装边；
步骤2：将整体叶盘与焊接件焊接：
焊口间隙在0.03mm以下，锁底部位厚度为6.5mm，装配过盈量控制在0.02mm～0.06mm，装配后检查磁通量密度不大于1×10-4T；采用4点均布对称定位焊接，定位焊接错位小于0.1mm，焊接周向大于360°；
步骤3：时效热处理：
加热前，将真空室内压强抽至0.067Pa以下，加热、保温过程中，真空室内压强小于0.067Pa；升温时间为1.5h～2.5h，保温时间为8h～8.25h，降温时充0.2MPa～0.4MPa氩气冷至80℃以下；
步骤4：铣削叶片：
速度环增益为6575，加工参数选用F=1273mm/min；
步骤5：对叶型及流道进行振动光饰：
采用无岛式振动光饰机，配比比例为1%～3%的磨液；
步骤6：精加工焊接件内外型面：
利用工艺安装边，将整体叶盘装夹紧固；整体叶盘直线部位走刀采用ap=0.8mm，fn=0.2mm/r，n=30r/min，斜线部位走刀采用ap=0.8mm，fn=0.15mm/r，n=25r/min，圆角部位走刀采用ap=0.3mm，fn=0.07mm/r，n=20r/min；
步骤7：钻削孔系及铣槽型：
刀具最小悬伸为100mm，钻孔：F=100mm/min，铰孔：F=50mm/min，铣槽：F=200mm/min；
步骤8：插削外花键：
冲程速度为40～60次/分，切削深度：ap=0.01～0.8mm；
步骤9：渗透检验整体叶盘全部表面：
乳化时间≤120s，渗透时间为30min，显像时间为20min；
步骤10：喷涂耐磨材料：
耐磨材料选用Metco72F-NS，涂层厚度为0.35～0.40mm；
步骤11：磨涂层：
采用粒度为120-140的CBN砂轮，F=30mm/min，加工过程为粗磨——修整砂轮——精磨，其中粗磨ap=0.02mm，精磨ap=0.004mm；
步骤12：静平衡：
夹具静平衡不大于25g.mm，平衡转速为1050r/min；
步骤13：涂干膜润滑剂：
干膜选用牌号HM-300耐高温石墨基干膜润滑剂；工艺过程为除油——干燥——保护非喷涂表面——吹砂——喷涂——固化；吹砂采用280～320目的刚玉砂，风压采用0.3MPa～0.4MPa，吹砂喷嘴到整体叶盘距离为100 mm～200mm，吹砂喷嘴与整体叶盘之间角度为45°～90°；喷涂时间控制在距离吹砂结束2h以内，环境温度为12℃～35℃，相对湿度不大于70%，压力为0.15MPa～0.26MPa，喷枪的喷嘴与整体叶盘距离为150mm～250mm，与整体叶盘成70°～90°角度；固化过程参数：升温至150℃±10℃，保温30min，继续升温至190℃～205℃，保温1～2小时，自然冷却至室温；
步骤14：湿吹砂：
压力为0.2 MPa～0.4MPa，湿吹砂机喷嘴与整体叶盘表面成45°～90°夹角，湿吹砂机喷嘴与整体叶盘距离为127mm～254mm。
进一步地，在步骤4中，在整体叶盘试验件上按照理论截面线进行加工试验，得出实际加工截面线，统计分析出距叶尖1/3部位各截面线最大偏差，将实际加工截面线超出理论截面线的数值补偿到模型中，形成加工补偿截面线，从而获得供加工使用的工艺模型。
本发明具有以下有益的效果：
本发明不仅能够缩短钛合金焊接式整体叶盘加工周期，还可以节省工装刀具制造费用，并且极大提高零件成型后尺寸精度及表面质量状态。
附图说明
图1为整体叶盘与焊接件焊接部位示意图；
图2为原加工后叶型状态示意图；
图3为叶尖变形反补偿后叶型状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法，包括以下步骤：
步骤1：分别加工整体叶盘及焊接件：
整体叶盘盘体鼓筒内壁加工至最终状态，整体叶盘盘体鼓筒外壁、整体叶盘外端型面及叶片保留1mm余量，焊接件加工至保留余量1mm状态；在整体叶盘与焊接件连接部位增加长度为14mm、高度为8mm的工艺安装边，保证车削盘体工艺的加工基准转换后，仍保持加工基准与设计基准一致；
步骤2：将整体叶盘与焊接件焊接：
焊口间隙在0.03mm以下，锁底部位厚度为6.5mm，装配过盈量控制在0.02mm～0.06mm，装配后检查磁通量密度不大于1×10-4T；采用4点均布对称定位焊接，定位焊接错位小于0.1mm，焊接周向大于360°；整体叶盘与焊接件焊接部位如图1所示；
步骤3：时效热处理：
加热前，将真空室内压强抽至0.067Pa以下，加热、保温过程中，真空室内压强小于0.067Pa；升温时间为1.5h～2.5h，保温时间为8h～8.25h，降温时充0.2MPa～0.4MPa氩气冷至80℃以下；
步骤4：铣削叶片：
速度环增益为6575，有效地避免残余应力的影响；加工参数选用F=1273mm/min，控制叶片进排气边缘形状；
步骤5：对叶型及流道进行振动光饰：
采用无岛式振动光饰机，配比比例为1%～3%的磨液，保证叶型及流道表面粗糙度；
步骤6：精加工焊接件内外型面：
利用工艺安装边，将整体叶盘装夹紧固；整体叶盘直线部位走刀采用ap=0.8mm，fn=0.2mm/r，n=30r/min，斜线部位走刀采用ap=0.8mm，fn=0.15mm/r，n=25r/min，圆角部位走刀采用ap=0.3mm，fn=0.07mm/r，n=20r/min，获得较好的表面质量；
步骤7：钻削孔系及铣槽型：
刀具最小悬伸为100mm，钻孔：F=100mm/min，铰孔：F=50mm/min，铣槽：F=200mm/min；
步骤8：插削外花键：
冲程速度为40～60次/分，切削深度：ap=0.01～0.8mm；
步骤9：渗透检验整体叶盘全部表面：
乳化时间≤120s，渗透时间为30min，显像时间为20min；
步骤10：喷涂耐磨材料：
耐磨材料选用Metco72F-NS，涂层厚度为0.35～0.40mm；
步骤11：磨涂层：
采用粒度为120-140的CBN砂轮，F=30mm/min，加工过程为粗磨——修整砂轮——精磨，其中粗磨ap=0.02mm，精磨ap=0.004mm；
步骤12：静平衡：
夹具静平衡不大于25g.mm，平衡转速为1050r/min；
步骤13：涂干膜润滑剂：
干膜选用牌号HM-300耐高温石墨基干膜润滑剂；工艺过程为除油——干燥——保护非喷涂表面——吹砂——喷涂——固化；吹砂采用280～320目的刚玉砂，风压采用0.3MPa～0.4MPa，吹砂喷嘴到整体叶盘距离为100 mm～200mm，吹砂喷嘴与整体叶盘之间角度为45°～90°；喷涂时间控制在距离吹砂结束2h以内，环境温度为12℃～35℃，相对湿度不大于70%，压力为0.15MPa～0.26MPa，喷枪的喷嘴与整体叶盘距离为150mm～250mm，与整体叶盘成70°～90°角度；固化过程参数：升温至150℃±10℃，保温30min，继续升温至190℃～205℃，保温1～2小时，自然冷却至室温；
步骤14：湿吹砂：
压力为0.2 MPa～0.4MPa，湿吹砂机喷嘴与整体叶盘表面成45°～90°夹角，湿吹砂机喷嘴与整体叶盘距离为127mm～254mm。
在步骤4中，在整体叶盘试验件上按照理论截面线进行加工试验，得出实际加工截面线，如图2所示，统计分析出距叶尖1/3部位各截面线最大偏差，将实际加工截面线超出理论截面线的数值补偿到模型中，形成加工补偿截面线，如图3所示，从而获得供加工使用的工艺模型，提高叶片铣削成型质量，保证叶尖1/3部位扭角与位置度要求。
采用本发明钛合金焊接式整体叶盘加工方法，可极大提高零件成型后尺寸精度及表面质量状态。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法，其特征在于，所述钛合金焊接式整体叶盘加工方法包括以下步骤：
步骤1：分别加工整体叶盘及焊接件：
整体叶盘盘体鼓筒内壁加工至最终状态，整体叶盘盘体鼓筒外壁、整体叶盘外端型面及叶片保留1mm余量，焊接件加工至保留余量1mm状态；在整体叶盘与焊接件连接部位增加长度为14mm、高度为8mm的工艺安装边；
步骤2：将整体叶盘与焊接件焊接：
焊口间隙在0.03mm以下，锁底部位厚度为6.5mm，装配过盈量控制在0.02mm～0.06mm，装配后检查磁通量密度不大于1×10-4T；采用4点均布对称定位焊接，定位焊接错位小于0.1mm，焊接周向大于360°；
步骤3：时效热处理：
加热前，将真空室内压强抽至0.067Pa以下，加热、保温过程中，真空室内压强小于0.067Pa；升温时间为1.5h～2.5h，保温时间为8h～8.25h，降温时充0.2MPa～0.4MPa氩气冷至80℃以下；
步骤4：铣削叶片：
速度环增益为6575，加工参数选用F=1273mm/min；
步骤5：对叶型及流道进行振动光饰：
采用无岛式振动光饰机，配比比例为1%～3%的磨液；
步骤6：精加工焊接件内外型面：
利用工艺安装边，将整体叶盘装夹紧固；整体叶盘直线部位走刀采用ap=0.8mm，fn=0.2mm/r，n=30r/min，斜线部位走刀采用ap=0.8mm，fn=0.15mm/r，n=25r/min，圆角部位走刀采用ap=0.3mm，fn=0.07mm/r，n=20r/min；
步骤7：钻削孔系及铣槽型：
刀具最小悬伸为100mm，钻孔：F=100mm/min，铰孔：F=50mm/min，铣槽：F=200mm/min；
步骤8：插削外花键：
冲程速度为40～60次/分，切削深度：ap=0.01～0.8mm；
步骤9：渗透检验整体叶盘全部表面：
乳化时间≤120s，渗透时间为30min，显像时间为20min；
步骤10：喷涂耐磨材料：
耐磨材料选用Metco72F-NS，涂层厚度为0.35～0.40mm；
步骤11：磨涂层：
采用粒度为120-140的CBN砂轮，F=30mm/min，加工过程为粗磨——修整砂轮——精磨，其中粗磨ap=0.02mm，精磨ap=0.004mm；
步骤12：静平衡：
夹具静平衡不大于25g.mm，平衡转速为1050r/min；
步骤13：涂干膜润滑剂：
干膜选用牌号HM-300耐高温石墨基干膜润滑剂；工艺过程为除油——干燥——保护非喷涂表面——吹砂——喷涂——固化；吹砂采用280～320目的刚玉砂，风压采用0.3 MPa～0.4MPa，吹砂喷嘴到整体叶盘距离为100 mm～200mm，吹砂喷嘴与整体叶盘之间角度为45°～90°；喷涂时间控制在距离吹砂结束2h以内，环境温度为12℃～35℃，相对湿度不大于70%，压力为0.15MPa～0.26MPa，喷枪的喷嘴与整体叶盘距离为150mm～250mm，与整体叶盘成70°～90°角度；固化过程参数：升温至150℃±10℃，保温30min，继续升温至190℃～205℃，保温1～2小时，自然冷却至室温；
步骤14：湿吹砂：
压力为0.2 MPa～0.4MPa，湿吹砂机喷嘴与整体叶盘表面成45°～90°夹角，湿吹砂机喷嘴与整体叶盘距离为127mm～254mm。
2.按照权利要求1所述的一种钛合金焊接式整体叶盘加工方法，其特征在于，在步骤4中，在整体叶盘试验件上按照理论截面线进行加工试验，得出实际加工截面线，统计分析出距叶尖1/3部位各截面线最大偏差，将实际加工截面线超出理论截面线的数值补偿到模型中，形成加工补偿截面线，从而获得供加工使用的工艺模型。
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