CN115007916A - 用于用锪削工具生产铣削零件的方法和锪削工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于用锪削工具生产铣削零件的方法和锪削工具。本发明涉及一种用于使用具有圆锥形侧表面的钟形锪削器来生产叶盘的方法，所述叶盘包括多个叶片型材和在所述叶片型材之间延伸的通道，其中所述方法包括以下步骤：提供盘形坯件，以及，为了在所述坯件中形成所述通道，在所述坯件的侧表面上将所述钟形锪削器插入所述坯件中，并且由此在沿着所述钟形锪削器的母线的方向上移动所述钟形锪削器，其中所述钟形锪削器的位移是线性路径上的3轴移动和/或弯曲路径上的5轴移动。本发明还涉及一种钟形锪削器。

Description

用于用锪削工具生产铣削零件的方法和锪削工具

技术领域

本发明涉及一种用于使用钟形锪削器来生产叶盘(blisk)的方法和一种钟形锪削器，所述叶盘包括多个叶片型材和在叶片型材之间延伸的通道。

背景技术

叶盘的生产通常非常耗时。由于本身可以弯曲和扭曲的叶片型材的几何形状有时很复杂，因此通常仅使用侧铣刀或使用立铣刀或粗铣刀粗铣通道。使用成形铣刀去除剩余材料。

发明内容

因此本发明的目的是减少生产叶盘所需的时间。

根据本发明，该目的通过一种用于使用具有圆锥形侧表面的钟形锪削器来生产叶盘的方法实现，所述叶盘包括多个叶片型材和在所述叶片型材之间延伸的通道，其中所述方法包括以下步骤：

-提供盘形坯件，

-为了在所述坯件中形成所述通道，在所述坯件的侧表面上将所述钟形锪削器插入所述坯件中，并且由此在沿着所述钟形锪削器的母线的方向上移动所述钟形锪削器，其中所述钟形锪削器的位移是线性路径上的3轴移动和/或弯曲路径上的5轴移动。

例如，与使用侧铣刀相比，使用钟形锪削器可以在粗加工期间(即粗加工坯件时)更好地反映叶片型材的几何形状。因此可以显著减少粗加工所需的时间，原因是可以取消使用成形铣刀的粗加工，或者现在仅在有限的范围内需要使用成形铣刀。

如果钟形锪削器的位移是在线性路径上的3轴位移，则实现位移路径的编程不太复杂的优点，特别是与5轴移动的编程相比。

在该上下文中，3轴移动被理解为可以由三个轴定义的空间中的移动，例如三维坐标系中的线性移动。特别是在没有工具的工具轴线相对于工件位置的角错位的情况下进行移动。

因此，需要五个轴来定义5轴移动的移动，例如三维坐标系的三个轴加上两个旋转轴。5轴移动的优势在于，与3轴移动相比，可以实现钟形锪削器与最终轮廓的更好对准。

钟形锪削器的5轴移动可以在粗加工期间以及半精加工和/或精加工期间进行。

在该上下文下，“线性”不一定被理解为直线，而是连续的。

然而，钟形锪削器的移动优选地沿着直线路径进行。

在沿着钟形锪削器的母线的方向上移动钟形锪削器避免了在钟形锪削器上产生侧向压力，从而使钟形锪削器受到应力并导致材料加速疲劳。特别实现了钟形锪削器的非切削基体在已经被切削的区域中移动。还可以实现钟形锪削器与所需叶盘几何形状的良好对准。

沿着钟形锪削器的母线的方向特别是沿着一个向量延伸，所述向量沿着侧表面从圆锥的假想顶点直线延伸到圆锥的假想底表面，如果钟形锪削器的圆锥形侧表面在想象中延伸将形成所述假想底表面。这意味着移动方向不沿着侧表面的圆周方向延伸，即不在弯曲路径上。

叶盘的粗加工和预精加工优选使用钟形锪削器进行。

叶盘代表“叶片集成盘”，是指由一块坯件制成的叶片轮。

根据一个实施例，首先在坯件中在两个叶片型材之间的位置处形成预通道，然后借助于钟形锪削器在至少一个方向上加宽预通道以形成在叶片型材之间延伸的通道。因此，每个通道只需进行一次全宽度切削，从而减少了钟形锪削器中使用的切削插入件上的负荷。可以使用钟形锪削器产生预通道。然而，也可以使用侧铣刀或通过一些其他手段产生预通道。

在该上下文中，预通道是在两个叶片侧面之间的坯件中的位置处的第一切口，由此叶片侧面在那个时间点还不存在，而是将由后续的加工产生。

例如，预通道在两个叶片型材之间居中地形成，然后在朝向叶片型材的两个方向上加宽。

预通道可以替代地形成在叶片型材的吸力侧，然后朝向压力侧加宽。该顺序对于切削插入件上的负荷特别有利。这特别避免了切削插入件也在其内侧上切削，除非在形成预通道时，这通过全宽度切削进行。

也可以设想，预通道形成在压力侧并且朝向吸力侧加宽。

此外，原则上可以设想，朝向通道的中心从压力侧和吸力侧交替地进行切削。然而，这会产生独立的、可能不稳定的网，当钟形锪削器撞击它时所述网可能会折断。

当用钟形锪削器加工坯件时，优选最初在叶片型材上留出至少0.3mm的容差。由于以高切削速度加工坯件，因此坯件的材料会显著升温，这会导致材料的结构变化。容差确保最终精加工后的最终部件上不会残留有缺陷的材料。

根据一个实施例，首先借助于钟形锪削器将通道粗加工至小于通道的最终深度的第一深度，然后将邻接通道的叶片侧面中的至少一个一次精加工至第一深度。因此叶片型材在加工期间得到稳定，使得它们可以承受在加工期间出现并侧向作用在叶片型材上的侧向力。首先将所有通道粗加工至最终深度并且然后才精加工叶片型材会导致叶片型材振动，特别是在外边缘附近加工时，这会使加工更加困难。

在将至少一个叶片侧面精加工至第一深度之后，可以借助于钟形锪削器将通道粗加工至第二深度，然后可以将邻接通道的至少一个叶片侧面精加工至第二深度。这可以重复，直到达到最终深度。第二深度也可以已经是最终深度。

多级粗加工的一个优点是钟形锪削器的接合角可以在单独的加工步骤之间改变，这允许钟形锪削器与叶片型材的特别良好的对准。这特别能够借助于钟形锪削器进行预精加工。

例如，首先将所有通道粗加工至第一深度并将所有叶片侧面精加工至第一深度，然后将所有通道粗加工至第二深度。这在生产方面是有利的，原因是钟形锪削器或使用的成品工具的接合角可以保持不变，直到沿着坯件的整个周边执行加工步骤；即对于所有通道均等。在每个加工步骤之间，坯件围绕其轴线旋转相应的角量。

替代地，也可以在多阶段粗加工过程中先对一个通道进行粗加工和精加工至最终深度，然后通过粗加工和精加工对邻接通道进行加工。这样做的一个优点是邻接通道尚未打开。这意味着与尚未打开的通道邻接的叶片侧面由固体材料支撑，因此可以特别好地进行加工。

为了加工叶片侧面，特别是在预精加工时，钟形锪削器沿着叶片侧面在多个应用方向上移动。这会在叶片型材上留下尽可能少的残留材料，从而简化后续的精细加工。

通道的半精加工和/或精加工同样可以借助于钟形锪削器进行，由此钟形锪削器在精加工期间的位移是5轴移动。5轴移动使得钟形锪削器可以在接触路径上沿叶片侧面移动，由此钟形锪削器的接合角可以在移动期间改变。

借助于钟形锪削器的精加工特别是在坯件经过粗加工和可选地预精加工之后最后进行。

根据一个实施例，可以使用其侧面角不同的至少两个不同钟形锪削器来加工坯件。因此可以优化加工，特别是叶片型材侧面的加工。较大的曲率特别更适合加工叶片型材的凹侧面，而较小的曲率更适合加工叶片型材的凸侧面。

根据本发明，该目的通过用于执行上述方法的钟形锪削器进一步解决，其中钟形锪削器包括具有圆锥形侧表面的基体，并且用于切削插入件的容座存在于基体中。

附图说明

本发明的其它优点和特征来自以下描述和所参考的附图。附图示出：

-图1在透视图中示出根据本发明的钟形锪削器，

-图2在截面图中示出根据本发明的钟形锪削器，

-图3在详细视图中示出钟形锪削器中的切削插入件，

-图4示出图1和2的钟形锪削器相对于叶盘的接合角，

-图5示出相对于叶盘处于插入状态的钟形锪削器，

-图6在叶片型材上的平面图中示出叶盘的部分视图，

-图7示出叶片型材的示意性平面图，

-图8示出叶盘的进一步部分视图，

-图9示出加工叶盘时的钟形锪削器，以及

-图10示出钟形锪削器10的去除体积。

具体实施方式

图1和2均示出钟形锪削器10。锪削器是用于加工工件的工具。

钟形锪削器10包括具有圆锥形侧表面14的基体12，这导致钟形锪削器10的钟形。

基体12至少部分是空心的，由此钟形锪削器10可以特别深地插入待加工的坯件中。

图2中所示的锥形基体12的侧面角α在25°至35°之间，例如，特别是30°。侧面角α优选针对待加工的几何形状进行优化。

在基体12中有容座15，切削插入件16插入所述容座中。切削插入件16例如由陶瓷、硬质金属、多晶立方硝酸硼(PCBN)或多晶立方金刚石(PCD)制成。

切削插入件16借助于固定元件18紧固，所述固定元件螺接到基体12上。

图3示出了借助于固定元件18紧固的切削插入件16的详细视图。

钟形锪削器10适合用于生产叶盘20(叶片集成盘)，所述叶盘包括多个叶片型材22和在叶片型材22之间延伸的通道24。这种叶盘20在图4中示出。

叶盘20通常由盘形坯件26通过机加工制成。在图4中，用于叶盘20的这种坯件26的几何形状使用虚线可视化。

为了生产叶盘20，钟形锪削器10使用刺入移动在坯件26的侧表面28上插入坯件26中。

图4示出了在插入坯件26中之前的钟形锪削器10的位置，并且图5示出了它处于插入状态。

当插入坯件26中时钟形锪削器10的移动方向在图4中借助于箭头可视化。

钟形锪削器10特别地在沿着钟形锪削器10的母线的方向上移动。更具体地，钟形锪削器10的位移在3轴线性路径上发生。

在图示的设计示例中，路径是直线的。钟形锪削器10移动所沿的路径特别不是弯曲的。

钟形锪削器10的接合角在一系列移动期间保持恒定。

替代地也可以设想钟形锪削器10的位移至少在一个部段中是5轴的。

钟形锪削器10沿着线性路径的3轴刺入移动导致环形凹槽具有大致不对称的椭圆形空心圆柱体的形状。图10示出了可以通过钟形锪削器10实现的去除体积的示例。

下面参考图6至8说明用于使用如图1和2中所示的钟形锪削器10从坯件26生产叶盘20的方法。

在叶片型材22之间延伸的通道24特别首先使用钟形锪削器10进行粗加工，并且可选地还使用钟形锪削器10在执行叶盘20的最终精加工之前进行预精加工。

粗加工一般称为粗加工，并且精加工称为精加工。

首先，在两个叶片型材22之间的位置处形成预通道。这可以借助于钟形锪削器10或借助于另一种工具，例如借助于侧铣刀来实现。

叶片型材22此时还不是独立的，而是由固体材料围绕。

然后借助于钟形锪削器10将预通道在至少一个方向上加宽以形成在叶片型材22之间延伸的通道24。

图6使用标记为1、2、3的线示出了钟形锪削器10的三个穿透示例。然而，取决于叶片型材22的间距和切削插入件16的宽度，可能需要三个以上的穿透。

根据生产方法的一个实施例，预通道在叶片型材22之间居中地形成。这意味着沿着线1发生坯件26中的第一穿透。

沿着线1延伸的预通道然后借助于钟形锪削器10在两个方向上加宽。这意味着接下来的穿透沿着线2、3进行。

然而，穿透也可以以不同的顺序进行。

例如，可以从吸力侧向压力侧进行穿透。换言之，预通道形成在邻接通道24的叶片型材22的凸吸力侧附近，并且预通道然后朝向凹压力侧加宽。

参考图6中所示的示例，预通道沿着线3形成，随后沿着线1穿透，最后沿着线2穿透。

当使用具有相对低的侧面倾斜度的切削插入件16时，该顺序特别适合。这避免了切削插入件16在它们的内侧面上切削。

替代地，也可设想从压力侧向吸力侧进行穿透，即以图6中所示的穿透顺序2-1-3进行。

凹压力侧的加工特别由钟形锪削器10的外侧面执行，而凸吸力侧的加工由钟形锪削器10的内侧面执行。

如图7中所示，可以使用钟形锪削器10在叶片型材22的吸力侧附近执行多个穿透，由此穿透以钟形锪削器10相对于坯件26的不同接合角发生。这意味着钟形锪削器10的旋转轴线R的角和/或钟形锪削器10相对于坯件26的位置在穿透之间改变。

然而，在这里，穿透也在沿着钟形锪削器10的母线的一个方向上发生。

图7示出了沿着叶片型材22的吸力侧的三个穿透的示例，其中钟形锪削器10的接合角不同。

三个穿透在图7中使用编号的线1、2、3可视化。相应的切削方向借助于箭头可视化。

所示的穿透可以以不同的顺序进行。

例如，最后执行在图7中使用线2可视化的中心穿透。该顺序具有的优点是稳定材料尽可能长时间地保留在叶片型材22的侧面的中心上。

然而，如果最后执行沿着线1的切削，则实现的优点是在离开材料时材料的宽度尽可能小。该顺序在钟形锪削器10上最为适宜。

根据替代实施例，在钟形锪削器10的不同接合角下，在叶片型材22的吸力侧上一次只能执行两个穿透。在该情况下，与三个穿透相比，稍微更多的残留材料可能留在叶片侧面上。

在钟形锪削器10的不同接合角下在吸力侧附近执行多个穿透，实现了坯件26的几何形状已经可以特别好地近似于叶盘20的最终几何形状。该过程也称为作为预精加工。

这也使叶片型材22的侧面上的公差波动最小化。这简化了最终精加工。

然而，在预精加工之后，在坯件26上保留至少0.3mm的容差。

最大容差优选为0.6mm。

也可设想使用具有不同侧面角的不同钟形锪削器10来加工压力侧和加工吸力侧。

参考图8解释了用于使用钟形锪削器10生产叶盘20的方法的另一方面。

通道24的粗加工和随后的精加工特别可以在多个阶段中进行。这意味着通道24最初并未粗加工至最终深度，而仅粗加工至第一深度T1。深度T1在图8中用虚线可视化。

通道24的粗加工和精加工原则上可以在任意数量的阶段中进行。为简单起见，以下描述两阶段的加工操作。

在通道24被粗加工至最终深度之前，通道24被精加工至第一深度T1。这在精加工期间叶片型材22的行为方面是有利的，这将在下文更详细地解释。

为了更容易理解，图8中的各种加工位置都标有编号。图8中的通道24也按照加工顺序依次编号。

图8示出了已经完全机加工的叶盘20。然而，该叶盘20首先通过以下描述的方法步骤生产。

例如，首先对第一通道24-1进行粗加工并在位置0处精加工至最终深度。

接下来，将邻接通道24-2(在图8中，在第一个通道的左侧)在位置1处粗加工至第一深度T1。

例如，如结合图6所述进行粗加工，即通过将预通道形成至深度T1，然后将其加宽。

如结合图7所述，还可以在叶片型材22的侧面区域中以不同的接合角执行钟形锪削器10的多次穿透至深度T1，特别是预精加工。

当通道24-2已粗加工至第一深度T1时，将通道24-2与先前加工的通道24-1划界的叶片型材22的侧面在位置2处被精加工至第一深度T1。

叶片型材22有利地在精加工期间通过位于第一深度T1下方的固体材料稳定在第一深度T1上方的区域中，使得在精加工期间在叶片型材22中不发生或仅发生轻微振动。在精加工期间，杠杆臂特别被缩短。

然后将通道24-2在位置3和4处以类似方式粗加工和精加工至第二深度，所述第二深度对应于所示设计示例中的最终深度。

将通道24-2与尚未加工的通道24-3划界的叶片型材22的侧面然后在位置5处精加工至最终深度。叶片型材22在此由尚未加工的通道24-3的固体材料支撑。

多级加工使得可以在加工步骤之间改变钟形锪削器10的接合角。与粗加工至最终深度相比，特别可以用钟形锪削器10的不同接合角来进行到第一深度T1的粗加工。

然后以与通道24-2相同的方式加工后续通道24-3、24-4等，直到形成所有通道24。

在最后通道24-n的情况下，两个侧面的精加工必须分多个阶段进行，原因是邻接叶片型材22不能稳定，因为通道24-1已经打开。

在替代实施例中，与上述顺序相反，可以首先对每个通道24执行同一个的方法步骤。

这意味着例如所有的通道24最初可以被粗加工至第一深度T1。特别是在位置1、6、11等处进行粗加工。

在该情况下，钟形锪削器10在所有通道24中连续地执行相同的穿透。为此，坯件26在每个穿透之间围绕其中心轴线旋转足够远，使得钟形锪削器10可以连续地插入所有通道24中。

一旦所有通道24都被粗加工至第一深度T1，叶片型材22在两个侧面上，即在压力侧和在吸力侧上被精加工至第一深度T1。

然后以相同方式对所有通道24进行粗加工和精加工至最终深度。

在图9中可以看出，由于钟形锪削器10在底部的形状和接合角，在前缘区域以及后缘区域中保留了更大量的残余材料。

例如，使用实质碳化物铣刀去除这些残余材料。

替代地，也可以用钟形锪削器10去除残余材料，特别是借助于钟形锪削器10的倾斜移动。

如果通道24的粗加工如结合图8所述在多个阶段中进行，则残余材料也留在中间底部。当粗加工至第二深度时，必须考虑到路径起点的该不均匀性。

最后，可以使用钟形锪削器10对叶片型材的侧面进行半精加工或精加工。与粗加工不同，用于精加工的钟形锪削器10的移动优选地是5轴的。

为了精加工，确定叶片侧面上的合适接触路径和相关的接合角过程。

由于精加工期间的移动方向不一定是沿着基体12的母线的方向，因此不能允许切削插入件16在整个宽度上加工。然而，由于通道24在精加工时已经被清理到小容差，因此这在当前情况下不是问题。

Claims (11)

1.用于使用具有圆锥形侧表面的钟形锪削器来生产叶盘的方法，所述叶盘包括多个叶片型材和在所述叶片型材之间延伸的通道，其中所述方法包括以下步骤：

-提供盘形坯件，

-为了在所述坯件中形成所述通道，在所述坯件的侧表面上将所述钟形锪削器插入所述坯件中，并且由此在沿着所述钟形锪削器的母线的方向上移动所述钟形锪削器，其中所述钟形锪削器的位移是线性路径上的3轴移动和/或弯曲路径上的5轴移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先在所述坯件中在两个叶片型材之间的位置处形成预通道，然后借助于所述钟形锪削器在至少一个方向上加宽所述预通道以形成在所述叶片型材之间延伸的通道。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在用所述钟形锪削器加工所述坯件期间，最初在所述叶片型材上留下至少0.3mm的容差。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，首先借助于所述钟形锪削器将所述通道粗加工至小于所述通道的最终深度的第一深度，然后将邻接通道的叶片侧面中的至少一个相应地精加工至所述第一深度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将至少一个叶片侧面精加工至所述第一深度之后，借助于所述钟形锪削器将所述通道粗加工至第二深度，然后将邻接通道的所述至少一个叶片侧面精加工至所述第二深度。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，首先将所有通道粗加工至所述第一深度并且将所有叶片侧面精加工至所述第一深度，然后将所有通道粗加工至所述第二深度。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，首先对通道进行粗加工并精加工至最终深度，然后通过粗加工和精加工对邻接通道进行加工。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了加工所述叶片侧面，沿着所述叶片侧面在多个应用方向上移动所述钟形锪削器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述钟形锪削器精加工所述通道，其中所述钟形锪削器在半精加工和/或精加工期间的位移是5轴移动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在其侧面角上不同的至少两个不同的钟形锪削器来加工所述坯件。

11.用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的钟形锪削器，其中所述钟形锪削器包括具有圆锥形侧表面的基体，并且用于切削插入件的容座存在于所述基体中。

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