CN114918482A - 一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，首先采用与涡轮盘相同材料的试块加工榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸；然后，加工大试件上对称的两个榫槽,先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸；当试块和大试件上的榫槽都加工合格后，加工正式零件，所有榫槽加工至最终尺寸。本发明加工的宽大榫槽精度高，加工成本低，本发明的加工方法避免了传统加工方法产生的加工应力、重融层和电加工痕迹等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，属于机械加工技术领域。
背景技术
高压涡轮盘是航空发动机中的重要组成零件之一，该零件要求具有高的屈服强度、拉伸强度和稳定性，能适应高温下可靠的工作要求。如图1所示，该涡轮盘榫槽与常规涡轮盘榫槽结构不同，常规涡轮盘榫槽内只装一片叶片，而这种新结构涡轮盘榫槽内装有两片叶片，且槽口部位有深5.5mm的环槽，榫槽进、排气边只有1.5mm宽的挡边，榫槽比较宽大，容易产生变形，尺寸及技术条件精度要求高，加工难度大。采用现有的技术高速拉削，需要定制专用的成套拉刀，按工艺步骤粗拉-精拉先加工试块及大试件，试块及大试件合格，证明拉刀是合格的，但在正式加工完零件后由于榫槽宽大及结构特点，拉削加工后产生变形，导致零件榫槽滚棒间距尺寸超差，同时相关专用测具也无法使用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，能够解决涡轮盘宽大榫槽加工时的加工应力、重融层和电加工痕迹等问题，同时降低拉削成本，提高榫槽的加工精度。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，所述涡轮盘的一个榫槽中同时安装两片叶片，且榫槽的槽口位置有环槽，加工方法包括，
步骤1，用与涡轮盘相同材料的试块加工一个榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，检查试块的榫槽尺寸及技术条件是否满足单个榫槽设计要求，验证慢走丝线切割程序加工一个榫槽的正确性以及精拉刀是否合格；试块是用于模拟加工单个榫槽的材料块，试块的体积小于完整的涡轮盘体积，其上只加工一个榫槽；
步骤2，在大试件上加工两个对称位置的榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，检查大试件的榫槽工作面至涡轮盘中心的距离及倾斜角度的正确性；大试件是用于模拟加工整个涡轮盘的材料块，大试件的体积等于完整的涡轮盘体积，但是模拟加工时只在大试件上加工两个榫槽，且当榫槽总数量是偶数时，两个榫槽是关于涡轮盘中心对称或关于涡轮盘直径线对称，当榫槽总数量是奇数时，两个榫槽是关于涡轮盘中心对称；
步骤3，当步骤一加工出的试块和步骤二加工出的大试件合格后，正式加工涡轮盘，正式加工时，同样先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，且所有榫槽都加工至最终尺寸。
进一步，所述步骤一中包括，
步骤11，慢走丝线切割时先按设计图纸1:1比例画出需加工的全部榫槽尺寸；
步骤12，将1:1榫槽尺寸整体单边偏移缩小Xmm，给精拉削单边留Xmm余量；
步骤13，慢走丝线切割后，将试块高速精拉削到最终尺寸。
进一步，所述步骤二中包括，
步骤21，慢走丝线切割时先按设计图纸1:1比例画出需加工的全部榫槽尺寸；
步骤22，将1:1榫槽尺寸整体单边偏移缩小Xmm，给精拉削单边留Xmm余量；
步骤23，慢走丝线切割后，将大试件高速精拉削到最终尺寸。
优选的，所述余量X的取值满足：余量X＞慢走丝加工重融层最大值+慢走丝与高速精拉削两次装夹产生的误差。需要说明的是，两次装夹是指榫槽粗加工(在慢走丝线切割机床上完成)时为第一次装夹，精加工(在高速精拉削机床上加工)时为第二次装夹，第二次装夹时需要重新找正榫槽中心，从第一次装夹切换到第二次装夹这个过程中会产生误差。
作为一种选择，所述步骤一和步骤二中，通过旋转慢走丝设备的主轴倾斜出榫槽的倾斜角度。
作为另一种选择，所述步骤一和步骤二中，保持慢走丝设备主轴位置不变，通过工装实现榫槽的倾斜角度。
涡轮盘宽大榫槽的加工方法，还包括步骤四，加工榫槽槽口处的环槽。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
本发明中的涡轮盘榫槽与常规涡轮盘榫槽结构不同，常规涡轮盘榫槽内只装一片叶片,第一榫槽滚棒间尺寸通常为6.9～8.2，而本发明中要加工的新型结构的涡轮盘一个榫槽内装有两片叶片，第一榫槽滚棒间尺寸为14.156，且槽口的部位有深5.5mm的环槽，榫槽进、排气边只有1.5mm宽的挡边，榫槽比较宽大，容易产生变形；若采用现有的慢走丝电火花加工均会产生重融层，而航空用高压涡轮盘处于高温、高压、高速的工作环境，设计图中榫槽是不允许有重融层及电加工痕迹的。考虑到该榫槽结构复杂，精度要求高，然而目前没有方法去除重融层及电加工痕迹。
本发明将传统的粗拉榫槽改成慢走丝加工，可以极大地减少粗拉榫槽时产生的加工应力，解决了宽大榫槽加工变形及慢走丝加工重融层和电加工痕迹问题，加工出的榫槽满足设计要求；且如用粗拉-精拉的方法加工，粗拉通常至少需要多把(例如7把)拉刀，拉刀制造费用昂贵，而采用本发明的方法只要有慢走丝设备，用铜丝及精拉刀组合加工就可以实现，大大节约了成本。
附图说明
图1是本发明中涡轮盘宽大榫槽慢走丝加工时的留X余量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
如图1所示的宽大榫槽涡轮盘，一个榫槽内装有两片叶片，第一榫槽滚棒间尺寸为14.156，且槽口的部位有深5.5mm的环槽(图1中槽口未画出剖面线的部分)，榫槽进、排气边只有1.5mm宽的挡边，本发明的加工思路为：
步骤一：用与涡轮盘相同材料的试块加工一个榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸。
步骤二：加工大试件上对称的两个榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸。
步骤三：当步骤一、步骤二加工出试块和大试件合格后，加工正式零件上的所有榫槽，所有榫槽均加工至最终尺寸。
本实施例中，加工宽大榫槽涡轮盘时具体包括以下步骤：
步骤一，用与涡轮盘相同材料的试块加工单个榫槽；
1)慢走丝线切割时先按设计图纸1:1比例画出需加工的全部榫槽尺寸；
2)将1:1榫槽尺寸整体单边偏移缩小Xmm，即给精拉削单边留Xmm余量，如图1，图1中左边箭头所指尺寸轮廓为榫槽设计图要求的榫槽尺寸，图1中右边箭头所指轮廓尺寸为慢走丝加工的榫槽尺寸，该尺寸相比榫槽设计图要求的榫槽尺寸缩小了Xmm，图中1、2、3代表三个榫齿；
3)慢走丝线切割后，将试块高速精拉削到最终尺寸；
4)检查试块的榫槽尺寸及技术条件是否满足单个榫槽设计要求，以验证线切割程序加工一个榫槽正确性及精拉刀是否合格。
余量X取值的确定与慢走丝加工重融层最大值，以及慢走丝与高速拉两次装夹产生的的误差有关，为了去除慢走丝加工重融层及消除两次装夹产生的装夹误差，余量X＞慢走丝加工重融层最大值+慢走丝与高速拉两次装夹产生的的误差，
在能保证去除慢走丝加工重融层及消除两次装夹产生的装夹误差的情况下，余量越小精拉刀磨损就越小。
步骤二：加工大试件上两个位置对称分布的榫槽。
1)慢走丝线切割时先按设计图纸1:1比例画出需加工的全部榫槽尺寸；
2)将1:1榫槽尺寸整体单边偏移缩小Xmm，即给精拉削单边留Xmm余量，图1中左边箭头所指尺寸轮廓为榫槽设计图要求的榫槽尺寸，图1中右边箭头所指轮廓尺寸为慢走丝加工的榫槽尺寸，该尺寸相比榫槽设计图要求的榫槽尺寸缩小了Xmm，图中1、2、3代表三个榫齿；
3)慢走丝线切割后，将大试件高速精拉削到最终尺寸；
4)检查大试件的榫槽工作面至涡轮盘中心距离及倾斜角度的正确性。
慢走丝设备需要主轴倾斜出榫槽倾斜角度，如果慢走丝设备不具备此功能，需用专用工装以完成榫槽倾斜角度的加工。
步骤三：当步骤一中的试块榫槽、步骤二中的大试件对称榫槽都加工合格后，按步骤一、二加工正式零件，同样先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，且正式加工时所有榫槽都加工至最终尺寸。
步骤四，加工榫槽槽口处的环槽。
在没有发生异常的情况下(如拉刀磨损，夹具、设备维修等)，步骤一及步骤二只需在加工每批首件时进行。
Claims (7)
1.一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，所述涡轮盘的一个榫槽中同时安装两片叶片，且榫槽的槽口位置有环槽，其特征在于：加工方法包括，
步骤1，用与涡轮盘相同材料的试块加工一个榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，检查试块的榫槽尺寸及技术条件是否满足单个榫槽设计要求，验证慢走丝线切割程序加工一个榫槽的正确性以及精拉刀是否合格；
步骤2，在大试件上加工两个对称位置的榫槽，先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，检查大试件的榫槽工作面至涡轮盘中心的距离及倾斜角度的正确性；
步骤3，当步骤一加工出的试块和步骤二加工出的大试件合格后，正式加工涡轮盘，正式加工时，同样先用慢走丝加工出榫槽，单边留余量，然后用高速精拉削到最终尺寸，且所有榫槽都加工至最终尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，其特征在于：所述步骤一中包括，
步骤11，慢走丝线切割时先按设计图纸1:1比例画出需加工的全部榫槽尺寸；
步骤12，将1:1榫槽尺寸整体单边偏移缩小Xmm，给精拉削单边留Xmm余量；
步骤13，慢走丝线切割后，将试块高速精拉削到最终尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，其特征在于：所述步骤二中包括，
步骤21，慢走丝线切割时先按设计图纸1:1比例画出需加工的全部榫槽尺寸；
步骤22，将1:1榫槽尺寸整体单边偏移缩小Xmm，给精拉削单边留Xmm余量；
步骤23，慢走丝线切割后，将大试件高速精拉削到最终尺寸。
4.根据权利要求2或3所述的一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，其特征在于：所述余量X的取值满足：余量X＞慢走丝加工重融层最大值+慢走丝与高速精拉削两次装夹产生的误差。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中，通过旋转慢走丝设备的主轴倾斜出榫槽的倾斜角度。
6.根据权利要求1所述的一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中，保持慢走丝设备主轴位置不变，通过工装实现榫槽的倾斜角度。
7.根据权利要求1所述的一种涡轮盘宽大榫槽的加工方法，其特征在于：还包括步骤四，加工榫槽槽口处的环槽。
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