CN116441865A - 一种用于具有多孔结构的推力室整流栅的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温合金推力室整流栅多孔结构高效加工方法。推力室整流栅材料涉及GH4202难加工高温合金锻件材料，加工部位涉及球面隔板、多孔整流结构，整流孔数700+孔。包括以下步骤：采用五轴镗铣加工中心对推力室多孔整流结构进行加工；通过专用刀具对整流孔结构进行复合加工；通过参数控制保证整流孔的加工精度。本发明可将高温合金推力室整流栅多孔结构的钻孔、倒角工作内容：点钻定心→钻孔→倒角三道序合并为一道工序即可完成，提高了生产效率；保证了高精度小孔的加工质量；减少了手工去除毛刺的工作量；值得广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对航天运载火箭发动机中高温合金推力室整流栅多孔结构的高效加工方法，特别是采用专用刀具实现钻孔、倒角一次性复合加工的高效加工方法。适合于一次加工高温合金材料上多孔整流结构(大于500孔)，孔径较小且带倒角的工件。
背景技术
目前，难加工材料尤其高温合金的材料去除为一大技术难点，加工效率低，刀具磨损快。因此，温合金推力室整流栅的多孔加工一直存在效率低下的问题。现有的刀具在高温合金材料零件上加工700+个孔并带倒角，因对孔壁有着较高的表面质量要求，在倒角处往往也会有毛刺残留，需人工手动去除毛刺，费时、耗力，钻孔和倒角也分别通过两道工步予以完成，多了近一倍的加工时间。刀具的加工参数也偏低，且刀具寿命最多可加工一个工件。在保证加工高温合金材料的表面质量前提下，努力提升其加工效率和提高刀具耐用性成为当下的技术难点。
发明内容
本申请克服现有加工技术的不足之处，提供一种用于具有多孔结构的推力室整流栅的加工方法，该方法通过采用专用刀具对整流孔结构进行复合加工提高加工效率，通过刀具的优化设计提高了刀具使用寿命并稳定加工质量，通过参数控制保证整流孔的加工精度。
第一方面，提供了一种用于具有多孔结构的推力室整流栅的加工方法，所述多孔结构包括多个具有倒角的通孔，所述加工方法包括：
将高温合金推力室整流栅放置于五轴镗铣加工中心工作台上，装夹、找正；
采用钻孔、倒角刀具对高温合金推力室整流栅的多孔结构进行一次性钻孔、倒角粗加工，并预留整流孔的精加工余量，所述钻孔、倒角刀具的刃口倒角与待加工孔的角度一致；
采用铰孔刀具对高温合金推力室整流栅的多孔结构进行铰孔精加工。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻孔、倒角刀具的刃口长度大于待加工孔的孔深，所述刃口长度与所述孔深的差值为1～5mm。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻孔、倒角刀具的内部设置有内冷通道，所述内冷通道贯穿刀具的长度方向，在刀具的刃口头部具有内冷出口，所述内冷出口与所述内冷通道连通。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述内冷出口与刃口尖端的间距小于预设间距，在待加工孔钻通后，所述内冷出口外露。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻孔、倒角刀具的锋角γ值设计在138°～142°。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻孔、倒角刀具的长径比为11.7～14.7。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述精加工余量在直径方向上的尺寸为0.15mm～0.20mm。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻孔、倒角刀具的刃口做钝化处理，刀具设有直角刃口。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述铰孔刀具采用左旋铰刀，向前排屑。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻孔、倒角刀具和所述铰孔刀具中至少一个的加工参数满足：转速S＝450±50r/min，进给量F＝35±5mm/r。
与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
(1)由于采用钻孔、倒角专用刀具，可实现钻孔、倒角一次加工完成，将原来点钻定心、钻孔、倒角的三道加工内容合而为一，有效提高了加工效率；
(2)针对加工法中使用的专用刀具，优化了刀具锋角γ值可以使刀具有效散热；优化了刀具长径比B/ΦD值，保证了刀具系统的刚性；配合热缩刀柄，并开启内冷通道，可有效降低切削过程的切削热，并对提高刀具耐用度有积极影响，也可保证钻头强度，并增强刀具的抗扭矩能力，一把刀可加工1400+孔，刀具寿命得以有效提升。
(3)通过优化控制加工参数，可以确保整流孔的整体加工稳定性，保证推力室整流栅的多孔(700+孔)尺寸加工一致性。
(4)通过预留合适精加工余量，可以有效提高铰孔的加工精度，保证精加工后的整流孔表面质量较好，满足航天关键零件的工艺要求，倒角处无毛刺，避免了人工去除毛刺的环节。
附图说明
图1是高温合金推力室整流栅零件示意图。其中图1中：k为圈数，nk为孔数，dk为分布圆直径，Qk为中心线倾角。
图2分别是加工部位放大示意图。
图3为钻孔、倒角专用刀具的主视图。
图4为钻孔、倒角专用刀具的左视图。
图5为铰孔专用刀具示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。
图1示出了一种具有多孔结构的高温合金推力室整流栅的示意图。图2是加工部位放大示意图。孔结构可以具有倒角。
该高温合金推力室整流栅的加工方法可以包括下列步骤。
(1)将高温合金推力室整流栅放置于五轴镗铣加工中心工作台上，装夹、找正。
(2)采用专用钻孔、倒角刀具分别对高温合金推力室整流栅的多孔结构进行钻孔、倒角粗加工，并预留整流孔的精加工余量。
(3)采用专用铰孔刀具对高温合金推力室整流栅的多孔结构进行铰孔精加工。
步骤(1)中应选择具有五轴加工能力的镗铣加工中心，确保推力室整流栅SR球面上各处孔均可一次加工完成，机床的加工精度应符合产品的加工精度要求。
图3和图4示出了步骤(2)中所使用的钻孔、倒角专用刀具的主视图和左视图。
在一些实施例中，专用钻孔、倒角刀具的刀具材料为硬质合金，刃口做钝化处理，刀具整体涂层。
在一些实施例中，专用钻孔、倒角刀具增加直角刃口，可实现钻孔、倒角一次加工完成。
在一些实施例中，专用钻孔、倒角刀具的锋角γ值设计在138°～142°，提高刀具耐用度，保证刀具强度，增强刀具的抗扭矩能力。
在一些实施例中，专用钻孔、倒角刀具的刃口长度A大于待加工孔的孔深，刃口长度A与该孔深的差值可以为1～5mm。专用钻孔、倒角刀具的刃口倒角β与待加工孔的角度一致。
在一些实施例中，专用钻孔、倒角刀具采用热缩刀柄，长径比B/ΦD设计为11.7～14.7，配合热缩刀柄，保证了刀具系统的刚性。
在一些实施例中，专用钻孔、倒角刀具的刀具内部设置内冷通道。内冷通道贯穿刀具的长度方向，在刀具的刃口头部具有内冷出口，内冷出口与内冷通道连通。由此可有效降低切削过程的切削热，提升刀具寿命。
在一些实施例中，内冷出口在刃口头部上可以靠近刃口尖端设置，以利于刃口尖端散热。另外，在待加工孔钻通后，内冷出口外露，使内冷液从孔结构流出，便于观察孔是否钻通。
在一些实施例中，根据推力室整流栅GH4202材料特点，步骤(2)中钻孔、倒角的刀具转速、进给量进行优化选择，其中刀具转速S＝450±50r/min，进给量F＝35±5mm/r。
在一些实施例中，步骤(2)中钻孔后预留精加工余量，根据零件材料、整流孔孔径及公差要求，配合精加工铰刀的加工能力，直径方向余量预留为0.15mm～0.20mm。
图5示出了步骤(3)中所使用的专用铰孔刀具示意图。
在一些实施例中，专用铰孔刀具采用硬质合金材质，六刃专用铰刀。
在一些实施例中，专用铰孔刀具采用左旋铰刀，向前排屑，可减小刃口处进刀时产生的挤压。
在一些实施例中，根据推力室整流栅GH4202材料特点，步骤(3)中铰孔的刀具转速、进给量进行优化选择，其中刀具转速S＝450±50r/min，进给量F＝35±5mm/r。
在一些实施例中，步骤(3)中铰孔的加工精度，根据零件孔径尺寸的公差要求，加工孔的精度控制在0.01mm内。
实施例1
(1)将高温合金推力室整流栅零件放置于五轴镗铣加工中心工作台上，找正基准孔、基准端面在0.05mm以内；装夹、固定。
(2)加工采用钻孔、倒角专用刀具，检测刀具跳动量，保证刀具跳动在0.002mm内，钻孔、倒角时内冷、外冷同时开，降低刀具加工过程的切削热。
(3)钻孔、倒角过程，加工参数：S＝450r/min，F＝35mm/r。
(4)检测钻孔、倒角后的粗加工整流孔孔径，加工尺寸为ΦD 2-0.20mm，推力室整流栅上700+的孔粗加工后径值偏差在0.01mm内。
(5)加工采用铰孔专用刀具，检测刀具跳动量，保证刀具跳动在0.003mm内，铰孔时开启内冷，降低刀具加工过程的切削热。
(6)铰孔过程，加工参数：S＝450r/min，F＝35mm/r。
(7)检测铰孔整流孔孔径，孔径值偏差0.005mm内。
实施例2
(1)将高温合金推力室整流栅零件放置于五轴镗铣加工中心工作台上，找正基准孔、基准端面在0.05mm以内；装夹、固定。
(2)加工采用钻孔、倒角专用刀具，检测刀具跳动量，保证刀具跳动在0.002mm内，钻孔、倒角时内冷、外冷同时开，降低刀具加工过程的切削热。
(3)钻孔、倒角过程，加工参数：S＝400r/min，F＝35mm/r。
(4)检测钻孔、倒角后的粗加工整流孔孔径，加工尺寸为ΦD 2-0.20mm，推力室整流栅上700+的孔粗加工后径值偏差在0.01mm内。
(5)加工采用铰孔专用刀具，检测刀具跳动量，保证刀具跳动在0.003mm内，铰孔时开启内冷，降低刀具加工过程的切削热。
(6)铰孔过程，加工参数：S＝400r/min，F＝35mm/r。
(7)检测铰孔整流孔孔径，孔径值偏差0.005mm内。
实施例3
(1)将高温合金推力室整流栅零件放置于五轴镗铣加工中心工作台上，找正基准孔、基准端面在0.05mm以内；装夹、固定。
(2)加工采用钻孔、倒角专用刀具，检测刀具跳动量，保证刀具跳动在0.002mm内，钻孔、倒角时内冷、外冷同时开，降低刀具加工过程的切削热。
(3)钻孔、倒角过程，加工参数：S＝500r/min，F＝30mm/r。
(4)检测钻孔、倒角后的粗加工整流孔孔径，加工尺寸为ΦD 2-0.20mm，推力室整流栅上700+的孔粗加工后径值偏差在0.01mm内。
(5)加工采用铰孔专用刀具，检测刀具跳动量，保证刀具跳动在0.003mm内，铰孔时开启内冷，降低刀具加工过程的切削热。
(6)铰孔过程，加工参数：S＝500r/min，F＝30mm/r。
(7)检测铰孔整流孔孔径，孔径值偏差0.005mm内。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种用于具有多孔结构的推力室整流栅的加工方法，其特征在于，所述多孔结构包括多个具有倒角的通孔，所述加工方法包括：
将高温合金推力室整流栅放置于五轴镗铣加工中心工作台上，装夹、找正；
采用钻孔、倒角刀具对高温合金推力室整流栅的多孔结构进行一次性钻孔、倒角粗加工，并预留整流孔的精加工余量，所述钻孔、倒角刀具的刃口倒角与待加工孔的角度一致；
采用铰孔刀具对高温合金推力室整流栅的多孔结构进行铰孔精加工。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述钻孔、倒角刀具的刃口长度大于待加工孔的孔深，所述刃口长度与所述孔深的差值为1～5mm。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述钻孔、倒角刀具的内部设置有内冷通道，所述内冷通道贯穿刀具的长度方向，在刀具的刃口头部具有内冷出口，所述内冷出口与所述内冷通道连通。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述内冷出口与刃口尖端的间距小于预设间距，在待加工孔钻通后，所述内冷出口外露。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述钻孔、倒角刀具的锋角γ值设计在138°～142°。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述钻孔、倒角刀具的长径比为11.7～14.7。
7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述精加工余量在直径方向上的尺寸为0.15mm～0.20mm。
8.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述钻孔、倒角刀具的刃口做钝化处理，刀具设有直角刃口。
9.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述铰孔刀具采用左旋铰刀，向前排屑。
10.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述钻孔、倒角刀具和所述铰孔刀具中至少一个的加工参数满足：转速S＝450±50r/min，进给量F＝35±5mm/r。
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