CN115070364B - 一种扇叶金属封边的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扇叶金属封边的加工方法，所述扇叶金属封边包括两侧封边板、尖端与V型槽，所述尖端位于两侧所述封边板的连接处，所述V形槽由两侧所述封边板包围形成，包括在基材上交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；其中，所述铣削加工的加工位置与所述V形槽相对应；将所述毛坯件进行机加工，得到金属封边半成品；将所述金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边。本发明采用微铸锻成型与铣削加工交替多次进行加工，同时配合连接面，能够大大降低加工难度，有效抑制加工过程中的变形，提升扇叶金属封边的综合力学性能与加工良率；加工精度高，加工周期短，加工成本低。

Description

一种扇叶金属封边的加工方法

技术领域

本发明涉及扇叶加工技术领域，尤其涉及一种扇叶金属封边的加工方法。

背景技术

复合扇叶作为航空发动机的关键部件之一，有效地降低了航空发动机的重量，但由于碳纤维复合材料本身抗鸟撞冲击、抗冲刷等能力较金属差，且在高速旋转过程中容易产生开裂分层，因此，复合材料扇叶均采用金属加强边，包括前缘加强边和尾缘加强边。

由于金属加强边尺寸大、整体及局部刚度差、尺寸精度要求高等特点，采用传统机械加工方法存在V形槽加工难度大、周期长、材料消耗大、加强边整体变形大等问题。

现有技术中的一些加工技术采用激光沉积直接成型的方法，同时在逐层堆积过程中分段增加支撑架，以增加刚度，减小变形，但是该方法用到的支撑架，本身也是由激光堆积生成，在成型过程中也会产生变形，所以并不能有效控制变形，在成型过程中，由于热输入不断累积，对材料组织结构和性能也产生影响；而且激光成型表面比较粗糙，V形槽内壁仍然需要加工，不能有效降低成本。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种扇叶金属封边的加工方法，采用微铸锻成型，能够有效抑制加工过程中的变形，提升产品性能，缩短加工周期，降低加工难度和成本。所述技术方案如下：

本发明提供了一种扇叶金属封边的加工方法，所述扇叶金属封边包括两侧封边板、尖端与V型槽，所述尖端位于两侧所述封边板的连接处，所述V形槽由两侧所述封边板包围形成，包括：

S1，在基材上交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；其中，所述铣削加工的加工位置与所述V形槽相对应；

S2，将所述毛坯件进行机加工，得到金属封边半成品；

S3，将所述金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边。

进一步地，每次所述微铸锻成型的预设堆积高度不大于10mm。

进一步地，多次所述微铸锻成型沿所述扇叶金属封边的长度方向堆积，或者多次所述微铸锻成型沿所述扇叶金属封边的宽度方向堆积。

进一步地，所述基材用于成型至少部分所述尖端，在所述S2步骤之前，所述方法还包括：

对所述基材进行铣削加工，得到至少部分所述尖端。

进一步地，所述毛坯件包括至少一个连接面，所述连接面沿所述微铸锻成型的堆积方向延伸。

进一步地，所述封边板包括沿长度方向延伸的第一边与沿宽度方向延伸的第二边，所述连接面连接两个所述封边板的所述第一边，或者所述连接面连接两个所述封边板的所述第二边。

进一步地，所述S2步骤包括：

通过所述机加工去除所述连接面。

进一步地，所述微铸锻成型的热源为电弧、激光与电子束中的一种。

进一步地，在所述S1步骤与所述S3步骤之间，所述方法还包括：

将所述毛坯件进行热处理。

进一步地，所述热处理的退火温度为500～800℃，退火时间为2～5小时。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明采用微铸锻成型与铣削加工交替进行，避免了完整零件加工时V形槽过深过窄导致的加工难度大的情形，提升加工精度，缩短加工周期，降低加工成本；同时，能够有效抑制扇叶金属封边在加工过程中的变形，提升扇叶金属封边的综合力学性能。

2、本发明利用连接面将扇叶金属封边在加工过程中的自由端连接起来，有效提升结构刚度，抑制扇叶金属封边自由端的翘曲变形，提升扇叶金属封边的良率。

3、本发明利用基材成型扇叶金属封边的至少部分尖端，在该基材上继续进行堆积成型，有利于减少堆积时间，进一步提升加工效率，提升材料利用率，节省加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图作简单的介绍，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的一种可能的实施方式中扇叶金属封边的加工方法的流程图；

图2为本发明的一种可能的实施方式中扇叶金属封边的结构示意图；

图3为本发明中沿长度方向堆积的毛坯件加工示意图；

图4为本发明中沿宽度方向堆积的毛坯件加工示意图。

其中，图中附图标记对应为：1-封边板，11-第一边，12-第二边，2-V形槽，3-尖端，4-连接面，5-基材。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了下述图示或下述描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

本实施例提供一种扇叶金属封边的加工方法，用于加工如图2所示的扇叶金属封边，该扇叶金属封边为V形结构，包括两侧封边板1、V形槽2与尖端3，其中，尖端3位于两侧封边板1相连接的一端，即V形结构的尖端，该尖端3为实心结构，而封边板1另一端为扇叶金属封边的自由端，则两侧封边板1分别从尖端3向自由端向外延伸，使得两侧封边板1之间形成V形槽2，预留出扇叶金属封边与扇叶的连接空间，加工难度低；如说明书附图1所示，该加工方法包括：

S1，在基材上交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；其中，所述铣削加工的加工位置与所述V形槽相对应；

S2，将所述毛坯件进行机加工，得到金属封边半成品；

S3，将所述金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边。

其中，微铸锻成型是采用高能束为熔积热源，在熔积过程中同步锻造，所制备的零件能够达到锻件性能；同时，锻压所产生的压应力能够抵消增材过程中的热应力，与常规增材制造工艺相比，大大降低零件的变形程度。

如图3与图4所示，在S1步骤中，得到的毛坯件包括基材部与堆积部，基材部由基材5构成，微铸锻成型在基材5上开始进行堆积，堆积部即由微铸锻成型多次堆积而成，在S1步骤加工之后，堆积部与基材部连为一体，共同构成毛坯件。

具体地，每次微铸锻成型的预设堆积高度不大于10mm；每次堆积不大于该预设堆积高度的堆积段，使得铣刀能够更容易地伸入堆积段中，对该段堆积段中与V形槽相对应的材料进行铣削加工，得到该堆积段对应的部分V形槽结构，加工效率高，大大降低加工难度，也有利于提升加工精密度；通过上述一轮微铸锻成型与铣削加工，得到一段预设堆积高度的堆积段，之后在该堆积段的基础上，重复进行下一轮微铸锻成型与铣削加工的交替加工步骤，以此类推，得到由多段堆积段累积形成的堆积部，避免了完整扇叶金属封边加工时，V形槽过深过窄导致的加工难度大的情形。

在一个可能的实施方式中，每次微铸锻成型的预设堆积高度不大于8mm，进一步降低该堆积段铣削加工的难度；在其他可能的实施方式中，每次微铸锻成型的预设堆积高度为3～5mm，对应的堆积段高度较小，进一步降低铣削加工的难度，大大提升扇叶金属封边的加工精密度，有利于提升扇叶金属封边的形貌精准性与综合力学性能。

此外，在一段堆积段的堆积过程中，当堆积段的预设堆积高度在每层成型材料的熔积层高范围内时，每段堆积段与每层成型材料相对应，则每层成型材料沿熔积方向以边铸边锻的成型方式，在成型材料、即堆积段的半凝固/刚凝固微区对其进行同步连续微锻造，使其晶粒细化，得到均匀等轴细晶，改善成形性及成型件(即扇叶金属封边)形貌，实现该层成型材料的堆积，而铣刀在连续微锻造之后对该层成型材料中与V形槽相对应的材料进行铣削加工，得到与该层成型材料相对应的V形槽结构；在该层成型材料上，进一步沿熔积方向进行下一层堆积段的微铸锻成型与铣削加工，层层堆积，使得每层成型材料沿高度生长方向、即堆积方向不断堆积，得到由多层堆积段累积形成的堆积部；以图3中所示方向为基准，堆积方向为竖直向上的方向，而在其他可选的实施方式中，堆积方向还可以选择为斜向上的方向，以满足不同的加工工况，适用性好。

在本实施例中，如图2所示，封边板1包括沿长度方向延伸的第一边11与沿宽度方向延伸的第二边12；其中，长度方向与第一边11的延伸方向一致，或者从同一块封边板1的一个第二边12到另一个第二边12的方向为扇叶金属封边的长度方向；在一个可选的实施方式中，宽度方向可选为两侧第二边12的延伸方向之间的任一方向；在其他可选的实施方式中，宽度方向还可选为与其中一个第二边12相平行的方向，即宽度方向与扇叶金属封边的尖端3到两个自由端的延伸方向平行，以满足不同的加工工况，操作灵活性好。

具体地，堆积方向为从基材5指向热源的方向，即材料的高度生长方向；在一个可能的实施方式中，如图3所示，多次微铸锻成型沿扇叶金属封边的长度方向堆积，堆积方向与图3中箭头所指方向一致，即堆积方向为封边板1的长度方向；此时，以封边板1的一端第二边12为底，在基材5上沿堆积方向开始进行堆积，使得堆积段的高度不断生长，经过一段时间的堆积，堆积部从一端第二边12沿堆积方向向另一端第二边12延伸堆积成型。

具体地，如图3所示，毛坯件包括一个连接面4，该连接面4沿微铸锻成型的堆积方向延伸，即在微铸锻成型过程中，该连接面4对应的部分堆积部与两侧封边板1对应的部分堆积部共同堆积成型，该连接面4位于一块封边板1的第一边11与另一块封边板1相对应的第一边11之间，即该连接面4的一边与一侧封边板1中位于自由端的第一边11连接，该连接面4的另一边与另一侧封边板1中位于自由端的第一边11连接，从而连接两个封边板1的自由端，使得堆积部形成侧面闭合的腔体结构，连接面4能够有效提升堆积部的结构刚度，有利于抑制扇叶金属封边自由端的翘曲变形，使得扇叶金属封边的形状更接近于预设形状，加工精度高，有利于提升最终产品的性能。

具体地，S2步骤包括：

通过所述机加工去除所述连接面。

其中，机加工将毛坯件中与扇叶金属封边相对应的堆积部加工至预设尺寸，并将连为一体的堆积部与基材部分离，即去除基材；并且，在机加工之前，风扇叶片金属封边对应的堆积部已经堆积成型，自由端的变形已经被有效抑制，则在机加工过程中，将连接面一同去除，即可得到扇叶金属封边半成品。

具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，进行微铸锻成型的热源为高能束，该高能束可选为激光、电弧或者电子束中的一种；可选地，微铸锻成型的锻造压力为5000～10000N。

具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，在S1步骤与S3步骤之间，所述方法还包括：

将所述毛坯件进行热处理。

具体地，热处理的退火温度为500～800℃，退火时间为2～5小时。

其中，经过微铸锻成型后，堆积部与基材部连为一体，共同进行热处理，以松弛堆积过程中残余的应力，稳定毛坯件结构、尤其是与扇叶金属封边相对应结构的形状与尺寸，减少畸变；同时，热处理能够改善毛坯件的性能，有利于改善最终生产得到的扇叶金属封边的综合性能。

在结束热处理后，毛坯件基本成型，再经过机加工、抛光及表面处理，去除基材的余量部分，即可得到扇叶金属封边；该加工方法采用微铸锻复合铣削工艺，同时配合连接面，进一步抑制加工过程中的变形，大大降低扇叶金属封边的加工难度，提升扇叶金属封边的综合力学性能，缩短加工周期，降低加工成本。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，如图4所示，多次微铸锻成型沿扇叶金属封边的宽度方向堆积，堆积方向与图4中箭头所指方向一致，即堆积方向为封边板1的宽度方向；此时，基于扇叶金属封边的尖端3的预设成型位置，在基材5上沿堆积方向开始进行堆积，使得堆积段的高度不断生长，经过一段时间的堆积，堆积部基于扇叶金属封边的尖端3的预设成型位置在基材5上沿堆积方向向扇叶金属封边的自由端延伸堆积成型。

具体地，在一个可能的实施方式中，基材5作为微铸锻成型的基底，基材5还用于成型至少部分尖端3，则在S2步骤之前，所述方法还包括：

对所述基材进行铣削加工，得到至少部分所述尖端。

需要说明的是，与该步骤中进行铣削加工得到的至少部分尖端3相对应，在S1步骤中进行微铸锻成型时，是在作为至少部分尖端3的基材5上继续进行微铸锻成型的，则微铸锻成型的起始点就不是扇叶金属封边的尖端3顶点，而是以除上述至少部分尖端3以外的结构为起始点进行堆积。

在S1步骤开始进行加工之前，该加工方法还包括：

对扇叶金属封边进行模型设计与加工路径规划。

在进行模型设计与加工路径规划时，首先确定基材中与至少部分尖端3所对应的材料的深度与位置，即确定至少部分尖端3在基材5中的预设深度与预设成型位置，并根据扇叶金属封边模型与该预设深度，在基材5上继续进行扇叶金属封边剩余结构、即堆积部的堆积；此时，与扇叶金属封边相对应的结构不再是堆积部，而是堆积部以及基材部中与至少部分尖端3对应的材料两者共同形成与扇叶金属封边相对应的结构，在该加工过程中，将基材5的一部分作为扇叶金属封边的至少部分尖端3，能够减少微铸锻成型的堆积时间，也能够提升基材5的材料利用率，大大节省生产成本。

可选地，预设深度可以选择为0，则微铸锻成型从尖端3的顶点开始进行堆积；可选地，预设深度大于0，同时该预设深度小于尖端3的宽度，即部分尖端3由基材5成型，则在S1步骤中，在基材5的表面继续进行剩余部分尖端3以及封边板1的微铸锻成型；可选地，该尖端3全部由基材5成型，即尖端3在基材5中的预设深度与尖端3的宽度相等(此处的宽度均指沿扇叶金属封边的宽度方向)，则在S1步骤进行微铸锻成型之前，首先确定尖端3在基材5中的预设成型位置，在基材5的表面开始交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到与封边板1相对应的堆积部。

可选地，在另一个可能的实施方式中，基材5还用于成型尖端3与部分中部为V形槽的封边板，该段中部为V形槽的封边板设为第一封边段，而除第一封边段之外的封边板设为第二封边段，则第二封边段即为堆积部，预设深度等于尖端3的宽度与第一封边段的宽度之和；在S1步骤进行微铸锻成型时，在基材5的表面继续开始交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到与第二封边段相对应的堆积部。

对于第一封边段内部的V形槽，在一个可选的实施方式中，可以选择在S1步骤进行第一次微铸锻成型之前，就先对基材5进行铣削加工，将该第一封边段内部的V形槽铣削成型，之后再开始进行微铸锻成型得到堆积部；或者，在另一个可选的实施方式中，在S1步骤中通过微铸锻成型进行堆积的同时，对基材5进行同步铣削加工，使得第一封边段内部的V形槽与堆积段同步成型。

此外，对于由基材5加工成型的至少部分尖端3，在一个可选的实施方式中，至少部分该尖端3的外部轮廓的成型也可以选择在S1步骤之前，即进行微铸锻成型之前，先对基材5进行铣削加工，将至少部分尖端3的外部轮廓铣削成型，得到至少部分尖端3后，再在基材5上交替多次进行扇叶金属封边剩余结构的微铸锻成型与铣削加工；或者，在另一个可选的实施方式中，在S1步骤中，在基材5的表面开始进行扇叶金属封边剩余结构的微铸锻成型的时候，对基材5同步进行铣削加工，将至少部分尖端3的外部轮廓从基材5中铣削出来，得到至少部分尖端3。

具体地，如图4所示，毛坯件包括两个连接面4，该连接面4连接两个封边板1的第二边12，其中，连接面4的一边与一侧封边板1的第二边12连接，该连接面4的另一边与另一侧封边板1上相对应的第二边12连接，则在水平方向上，两块封边板1与两个连接面4首位相接，使得堆积部形成侧面闭合的腔体结构，能够有效提升堆积部的结构刚度，有利于抑制扇叶金属封边中各个第二边以及自由端的翘曲变形，使得扇叶金属封边的形状更接近于预设形状，加工精度高，有利于提升最终产品的性能。

实施例3

本实施例提供一种扇叶金属封边，该扇叶金属封边按照实施例1的加工方法进行加工，具体步骤为：

以扇叶金属封边的长度方向为堆积方向；

在基材上交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；

在800℃的退火温度下，将包括堆积部与基材部的毛坯件放入热处理炉中，进行2小时的热处理；

将经过热处理的毛坯件机加工至预设尺寸，沿尖端去除基材，去除连接面，得到金属封边半成品；

将金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边。

实施例4

本实施例提供一种扇叶金属封边，该扇叶金属封边按照实施例2的加工方法进行加工，具体步骤为：

以扇叶金属封边的宽度方向为堆积方向，以尖端的宽度与第一封边段的宽度之和为尖端在基材中的预设深度；

对基材进行铣削加工，得到与第一封边段相对应的V形槽；

在基材表面与第一封边段相对应的位置上，交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；同时，对基材进行铣削加工，得到尖端与第一封边段；

在500℃的退火温度下，将包括堆积部与基材部的毛坯件放入热处理炉中，进行5小时的热处理；

将经过热处理的毛坯件机加工至预设尺寸，沿尖端去除基材，去除连接面，得到金属封边半成品；

将金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边。

实施例5

本实施例提供一种扇叶金属封边，该扇叶金属封边按照实施例2的加工方法进行加工，具体步骤为：

以扇叶金属封边的宽度方向为堆积方向，以尖端的宽度为尖端在基材中的预设深度；

在基材表面与尖端相对应的位置上，交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；同时，对基材进行铣削加工，得到尖端；

在600℃的退火温度下，将包括堆积部与基材部的毛坯件放入热处理炉中，进行3小时的热处理；

将经过热处理的毛坯件机加工至预设尺寸，去除基材，去除连接面，得到金属封边半成品；

将金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边。

将实施例3～5中加工得到的扇叶金属封边与通过常规锻造得到的扇叶金属封边进行力学性能对比测试，抗拉强度、屈服强度以及疲劳强度等力学性能均优于常规锻件的力学性能，各项力学性能均提升了15％以上。

以上所描述的仅为本发明的一些实施例而已，并不用于限制本发明，本行业的技术人员应当了解，本发明还会有各种变化和改进，任何依照本发明所做的修改、等同替换和改进都落入本发明所要求的保护的范围内。

Claims (6)

1.一种扇叶金属封边的加工方法，所述扇叶金属封边包括两侧封边板(1)、尖端(3)与V形槽(2)，所述尖端(3)位于两侧所述封边板(1)的连接处，所述V形槽(2)由两侧所述封边板(1)包围形成，其特征在于，所述尖端（3）位于两侧所述封边板（1）相连接的一端，所述封边板（1）的另一端为所述扇叶金属封边的自由端，包括：

S1，在基材上交替多次进行微铸锻成型与铣削加工，得到包括基材部与堆积部的毛坯件；其中，所述铣削加工的加工位置与所述V形槽相对应；每次所述微铸锻成型的预设堆积高度不大于预设堆积高度的堆积段，对所述堆积段中与所述V形槽对应的材料进行所述铣削加工，得到所述堆积段对应的部分V形槽结构；在上一轮堆积段基础上，重复进行下一轮微铸锻成型与铣削加工，得到多段堆积段累积形成的堆积部；多次所述微铸锻成型沿所述扇叶金属封边的长度方向堆积，或者多次所述微铸锻成型沿所述扇叶金属封边的宽度方向堆积；

S2，将所述毛坯件进行机加工，得到金属封边半成品；所述毛坯件包括连接面，所述连接面沿所述微铸锻成型的堆积方向延伸；所述连接面与所述自由端连接；所述封边板包括沿长度方向延伸的第一边与沿宽度方向延伸的第二边，所述连接面的一边与一侧封边板中位于所述自由端的所述第一边连接，所述连接面的另一边与另一侧封边板中位于所述自由端的所述第一边连接，所述连接面连接两个封边板的自由端，使所述堆积部形成侧面闭合的腔体结构，或者所述连接面的一边与一侧封边板的第二边连接，所述连接面的另一边与另一侧封边板上相对应的第二边连接，在水平方向上，两块封边板与两个连接面首尾相接，使所述堆积部形成侧面闭合的腔体结构；

S3，将所述金属封边半成品进行表面处理，得到扇叶金属封边；

S2步骤还包括：

通过所述机加工去除所述连接面。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，每次所述微铸锻成型的预设堆积高度不大于10mm。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述基材用于成型至少部分所述尖端，在所述S2步骤之前，所述方法还包括：

对所述基材进行铣削加工，得到至少部分所述尖端。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述微铸锻成型的热源为电弧、激光与电子束中的一种。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述S1步骤与所述S3步骤之间，所述方法还包括：

将所述毛坯件进行热处理；经过所述微铸锻成型后，所述堆积部与所述基材部连为一体，共同进行所述热处理；在结束所述热处理后，所述毛坯件基本成型，再经过所述机加工。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述热处理的退火温度为500～800℃，退火时间为2～5小时。