专利名称：一种整体叶盘铣削减振方法
技术领域：
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种整体叶盘铣削减振方法。
背景技术：
压气机整体叶盘是航空发动机关键部件，由高温合金或钛合金制成。在加工过程 中，当精铣其叶片型面和流道时，叶片的最大长度和厚度比值为35 1，故叶片呈长悬臂梁 结构，由于叶片悬伸较长，采用通常的加工工艺，叶片受到切削力作用会产生颤振，出现严 重的“让刀”现象，同时，又由于受到叶片之间通道宽度和叶片宽度的限制，刀具直径小且刀 杆长，叶片受到切削力会产生振动，这种刀具及叶片的耦合颤振会严重影响叶片的表面加 工质量，使叶片表面出现鱼鳞状缺陷，导致叶尖段多次加工无法消除鱼鳞状缺陷，致使叶片 表面质量达不到设计要求，造成叶片截面的位置度、轮廓度和扭曲等形位公差超差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种整体叶盘铣削减振方法，该方法应用 于整体叶盘叶片型面五坐标铣削加工，对压气机整体叶盘这种难加工材料，如镍基高温合 金、钛合金等；难加工结构，如流道狭窄、叶片悬伸长、叶身扭角大、开敞性差等弱刚性零件 的加工，能够增强叶片铣削加工时零件的刚性，降低叶片铣削时产生的变形，消除铣削时在 叶片叶尖部位产生的颤纹，降低叶片表面的粗糙度。本发明整体叶盘铣削减振方法包括以下步骤1、按比例配制填充材料；填充材料成分包括结晶石蜡、液体蜡、松香树脂、受阻酚类抗氧剂；质量配比为结晶石蜡60% -70%、液体蜡20% -30%、松香树脂5% _10%、受阻 酚类抗氧剂0. 05% -0.2% ；这种填充材料的特点是低熔点，易凝固；对钛合金、高温合金材料不产生腐蚀与 污染；在液态下有较强的流动性；有一定的粘度与韧性，但不粘刀，不影响铣削效果；原材 料成本低。2、熔化填充材料；将上述的填充材料在金属容器内充分混合，置于电炉上加热直至固体蜡完全熔 化，然后搅拌均勻，成为液体填充剂。3、安装浇注夹具；浇注夹具结构为上端和内侧开敞的圆环形结构，如图2所示，由金属支撑圆环、底 钢板和侧钢板形成一个上端和内侧开敞的半封闭空间，底钢板和侧钢板背面均有加强筋作 支撑，以加强底面和外侧面的强度。安装时，浇注夹具位于整体叶盘下方从下往上完全套住 叶盘，金属支撑圆环与叶盘缘板接触实现轴向定位和密封，通过找正保证浇注夹具与零件 同心，径向跳动不大于2mm，侧钢板与叶尖的外边缘配合间隙为10mm，金属支撑圆环、底钢 板和侧钢板与叶盘配合形成上端开敞、内侧面和外侧面封闭的浇注空间，浇注夹具通过螺
3钉压板压紧方式和机床工作台固定连接。4、浇注填充剂；向整体叶盘的叶片空隙内按整体等高度方式浇注填充剂，浇注直到填充剂完全浇 满叶片的空隙，并高出叶片前缘(上部边缘)最高处5-10mm。浇注要快速，避免由于温度下 降，填充剂处于半溶融状态，影响浇注质量。5、填充剂常温凝固、填充剂助凝及检查填充剂凝固状态；1)填充剂常温凝固时间为10小时至24小时；2)填充剂助凝是通过圆周均布普通电风扇吹风或压缩空气逐片吹风冷却的方法 助凝固，加速缩短凝固时间；3)检查填充剂凝固状态的方法是先观察填充剂的颜色由深变浅，说明填充剂已经 开始凝固，再用探针探入叶片空挡间的最厚处，然后抽出探针，检查探针上填充剂残留物固 化状态，如果探针上有流体状态的填充剂残留物，说明填充剂没有完全凝固，如果探针上的 填充剂残留物呈固态粉状，说明填充剂已完全凝固。6、安装过滤夹具；填充剂凝固后拆下浇注夹具，安装过滤夹具。过滤夹具为圆环形结构，如图3所示，侧钢丝网高度只有15mm，远低于加工时叶盘 叶片后缘(叶片下部底边)的最低点，底钢丝网和侧钢丝网背面均有加强柱作支撑，以加强 底面和外侧面的强度。安装时，过滤夹具置于叶盘的下方，通过螺钉压板压紧方式和机床工 作台固定连接。7、对接铣加工和排屑处理；采用开式叶盘-闭式叶盘组合铣加工，即对接铣加工，将整个叶片型面分两道工 序加工，如图4所示，先铣螺旋铣区和对接铣区，此为第一道工序加工，然后上下翻转叶盘， 准备加工翻转对接铣区，因为经过第一道工序加工，叶片之间的填充材料只剩少部分，为加 强减振效果，削弱叶片和刀具的耦合颤振，在叶片之间的对接铣区以及对接铣区与螺旋铣 区相邻的1/3 1/2区域填塞韧性物质，如泡沫，作为减振的辅助方案。要注意韧性物质与 叶片的配合松紧程度，不可将叶片顶变形，导致叶片铣薄。填塞韧性物质后，开始铣翻转对接铣区，此为第二道工序加工。经过两道工序的加 工，完成对一个叶片的铣削加工。在铣削加工过程中，填充剂会随着刀具切削成为碎屑，流入冷却液中，造成加工中 心冷却液循环系统堵塞、失灵与报警，因此采用过滤夹具将冷却液和碎屑过滤分开，加工中 视夹具内碎屑充满程度，定时人工清理碎屑，避免碎屑过满，溢出过滤夹具，混入冷却液中。本发明整体叶盘铣削减振方法的优点在于该方法消除了难加工材料零件、复杂结 构零件等弱刚性零件在加工时产生的零件表面铣削变形和颤纹，增强了零件的加工刚性， 使得铣削进给率加大，有效地提高了铣削速度，节约了加工工时，进而节省了加工费用。
图1为整体叶盘叶片结构示意2为浇注夹具结构示意3为过滤夹具结构示意图
图4为整体叶盘叶片加工示意中1轮盘2叶片3叶尖4缘板5金属支撑圆环6底钢板7侧钢板8 加强筋9金属支撑圆形环10底钢丝网11侧钢丝网12加强柱13螺旋铣区14对 接铣区15翻转对接铣区
具体实施例方式实施例加工一个压气机整体叶盘，整体叶盘由轮盘1和叶片2组成，如图1所示， 材料为钛合金。其加工步骤如下1.按固定比例配填充材料；质量配比为结晶石蜡65 %、液体蜡25 %、松香树脂9. 9 %、受阻酚类抗氧剂_2， 6-三级丁基4甲基苯酚0. 1 % ；2.熔化填充材料；将上述的填充材料在金属容器内充分混合，置于电炉上加热直至固体蜡完全熔 化，然后搅拌均勻，成为液体填充剂。3.安装浇注夹具；如图2所示，将半封闭圆环形浇注夹具从下往上套住压气机整体叶盘，使金属支 撑圆环5与缘板4接触保证定位和密封，侧钢板7与叶尖3的外圆配合间隙为10mm，金属支 撑圆环5、底钢板6、侧钢板7与叶盘配合形成上端开敞的半密封浇注空间。浇注夹具通过 螺钉压板压紧方式和机床工作台固定连接。4.浇注填充剂；向压气机整体叶盘的叶片2空隙内按整体等高度方式浇注填充剂，浇注直到填充 剂完全浇满叶片2的空隙，并高出叶片2前缘最高点5-10mm。浇注要快速，避免由于温度下 降，填充剂处于半溶融状态，影响浇注质量。5.填充剂常温凝固、填充剂助凝及检查填充剂凝固状态；1)填充剂常温凝固时间为18小时；2)通过圆周均布普通电风扇吹风或压缩空气逐片吹风冷却的方法助凝固填充剂， 加速缩短凝固时间；3)检查填充剂的颜色由深变浅，说明填充剂已经开始凝固，再用探针探入叶片2 空挡间的最厚处，然后抽出探针，检查探针上填充剂残留物固化状态。如果探针上的填充剂 残留物是固态粉状，说明填充剂已完全凝固。如果探针上有流体状态的填充剂残留物，说明 填充剂没有完全凝固，这时继续助凝填充剂。4个小时后，再用探针检查填充剂是否完全凝 固，如果还未完全凝固，重复上述助凝填充剂和探针检查步骤，直到填充剂完全凝固为止。6.安装过滤夹具；拆下浇注夹具，如图3所示，将过滤夹具置在叶盘的下方，通过螺钉压板压紧方式 和机床工作台固定连接。7.对接铣加工和排屑处理；采用开式叶盘-闭式叶盘组合铣加工，即对接铣加工，将整个叶片2型面分两道工 序加工，如图4所示，先铣螺旋铣区13和对接铣区14，此为第一道工序加工。上下翻转叶盘，准备加工翻转对接铣区15，因为经过第一道工序加工，叶片2之间的填充材料只剩少部 分，为加强减振效果，削弱叶片2和刀具的耦合颤振，在叶片2之间的对接铣区14以及对接 铣区14与螺旋铣区13相邻的1/2区域填塞泡沫，作为减振的辅助方案。要注意泡沫与叶 片2的配合松紧程度，不可将叶片2顶变形，导致叶片2铣薄。填塞泡沫后，开始铣翻转对 接铣区15，此为第二道工序加工。经过两道工序的加工，完成对一个叶片2的铣削加工。在铣削加工过程中，填充剂会随着刀具切削成为碎屑，流入冷却液中，用过滤夹具 将冷却液和碎屑过滤分开，根据夹具内碎屑充满程度，定时人工清理碎屑。按照上述方法加工压气机整体叶盘后，使叶片精度达到叶片型面相对于基准因 变形而扭转不大于士 18'，叶片型面的轮廓度为0. 10 0. 22，叶片相对于积叠轴的位置度 为0. 4，叶身粗糙度可接近Ral. 6。
权利要求
一种整体叶盘铣削减振方法，其特征在于该方法是在整体叶盘叶片型面五坐标铣削加工中，在叶盘叶片之间浇注填充剂，其具体工艺步骤如下1)按比例配制填充材料；填充材料成分包括结晶石蜡、液体蜡、松香树脂、抗氧剂，其质量配比为结晶石蜡60％ 70％、液体蜡20％ 30％、松香树脂5％ 10％、受阻酚类抗氧剂0.05％ 0.2％；2)熔化填充材料；将填充材料在金属容器内充分混合，置于电炉上加热直至固体蜡完全熔化，然后搅拌均匀，成为液体填充剂；3)安装浇注夹具；浇注夹具位于整体叶盘下方从下往上完全套住叶盘，通过找正保证浇注夹具与零件同心；4)浇注填充剂；按整体等高度方式浇注填充剂，浇注直到填充剂完全浇满叶片(2)的空隙，并高出叶片(2)前缘最高处5 10mm，浇注要快速，避免由于温度下降，填充剂处于半溶融状态；5)填充剂常温凝固、填充剂助凝及检查填充剂凝固状态；填充剂常温凝固时间为10小时至24小时；填充剂助凝是通过圆周均布普通电风扇吹风或压缩空气逐片吹风冷却的方法助凝固；检查填充剂凝固状态的方法是先观察填充剂的颜色，然后再用探针探入叶片(2)空挡间的最厚处，抽出探针，检查探针上填充剂残留物固化状态；6)安装过滤夹具；填充剂凝固后拆下浇注夹具，将过滤夹具置于叶盘的下方，通过螺钉压板压紧方式和机床工作台固定连接；7)对接铣加工和排屑处理。
2.如权利要求1所述的整体叶盘铣削减振方法，其特征在于，所述浇注夹具为上端和 内侧开敞的圆环形结构，由金属支撑圆环(5)、底钢板(6)、侧钢板(7)和加强筋⑶组成。
3.如权利要求1所述的整体叶盘铣削减振方法，其特征在于，所述过滤夹具为圆环形 结构，由金属支撑圆形环(9)、底钢丝网(10)、侧钢丝网(11)和加强柱(12)组成。
4.如权利要求1所述的整体叶盘铣削减振方法，其特征在于，所述对接铣加工分两道 工序，1)铣叶片的螺旋铣区(13)和对接铣区(14)；2)上下翻转叶盘，在叶片(2)之间，在对接铣区(14)以及对接铣区(14)与螺旋铣区 (13)相邻的1/3 1/2区域填塞韧性物质，然后铣翻转对接铣区(15)。
全文摘要
本发明属于机械加工技术领域，公开了一种整体叶盘铣削减振方法，其具体工艺步骤包括(1)按比例配制填充材料；(2)熔化填充材料；(3)安装浇注夹具；(4)浇注填充剂；(5)填充剂常温凝固、填充剂助凝及检查填充剂凝固状态；(6)安装过滤夹具；(7)对接铣加工和排屑处理。该方法是在整体叶盘叶片型面五坐标铣削加工中，通过在叶盘叶片之间浇注填充剂，增强了叶片铣削加工时零件的刚性，消除了铣削时在叶片叶尖部位产生的颤纹，降低了叶片表面的粗糙度，同时，由于零件及其装夹系统刚性增强，使得铣削进给率加大，提高了铣削速度。
文档编号B23Q11/00GK101912990SQ20101023758
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者卢成玉, 岳召启, 李家永, 杨坚, 胡晓群, 韩德印 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司