一种高温合金整体叶环叶片铣削加工方法与流程

本发明涉及航空发动机技术领域，具体说是一种高温合金整体叶环叶片铣削加工方法。

背景技术：

整体叶环类零件是航空发动机上采用的新结构零件，该高温合金整体叶环零件由内环、外环和叶片三部分构成，零件的内环和外环为薄壁结构，叶片部位为典型的型腔结构，且叶片之间沿轴向观察相互遮挡，叶片间空间狭小，叶片进排气边转接圆角半径R为0.1～0.2mm，叶片和流道型面尺寸和形位公差要求严格，加工过程必须采用适合的工艺方法才能保证零件设计要求。该项整体叶环叶片铣削方法针对该类整体叶环零件，采用粗铣开槽—精铣叶片及流道型面的铣削方式，对粗铣开槽和精铣叶身及流道采用从进排气端两侧进刀，各分两个工步对接铣加工方式，粗铣加工余量为精铣预留0.5～0.7mm余量，粗铣加工采用普通端铣刀，精铣采用球头缩颈锥铣刀，通过采用该工艺方法零件加工后表面质量和形位公差满足设计要求。

技术实现要素：

本发明目的是针对航空发动机高温合金整体叶环叶片铣削加工而开发，针对叶环类零件叶片沿轴向相互遮挡，叶片间距狭小，精铣时传统球头棒铣刀从叶环近排气边两侧进刀不可达，叶片加工后形位公差无法满足设计要求而开发的，通过采用该项技术解决了高温合金整体叶环零件的加工难题。

本发明采用的技术方案是：

一种高温合金整体叶环叶片铣削加工方法，该方法包括以下步骤：

1)选择加工工序：

根据高温合金整体叶环结构和材料特点，选择粗铣开槽，精铣叶片及流道型面两个加工阶段进行加工；

整体叶环铣加工工艺路线为：

进气端粗铣开槽→排气端粗铣开槽→精铣进气端叶型及流道→精铣排气端叶型及流道；

采用从进、排气端两侧向中心分别进行加工，粗铣加工时进、排气端各加工50％距离，精铣加工时从进气端加工60％～70％距离，其余型面在排气端进行加工；

2)根据整体叶环叶型的叶片长度、叶片的最大厚度，确定粗铣开槽后为精铣预留的加工余量；

当叶片长度小于40mm时，叶片最大厚度小于2mm，叶片间距小于10mm时，采用粗铣后留0.5～0.7mm非均匀加工余量；

当叶片长度在40mm～100mm之间，叶片最大厚度在2mm以上，叶片间距在10mm以上时，采用粗铣后留1mm～2mm非均匀加工余量；

3)选取刀具；

本方法由粗铣加工和精铣加工两道工序构成，在粗铣加工时选择Φ6R0.5～Φ6R1.5的端铣刀进行加工；在精铣加工时选择带有缩颈的锥度球头铣刀进行加工，球头直径为Φ5和Φ6，该刀具缩颈部位为刀具球头直径的80％，锥度部分半锥夹角为1.6°，刀柄长度与球头直径相同或相近，刀具长度要根据零件尺寸确定；

4)选取切削参数；

根据切削参数的选取首先确定刀具寿命保证刀具有足够的切削寿命完成切削；切削参数根据粗铣、精铣加工方式选取；本高温合金整体叶环粗铣时选择切削速度为30～40m/min，刀具每齿进给0.03～0.05mm；精铣时选择切削速度为40～50m/min，刀具每齿进给0.03～0.04mm；

5)选择精铣加工工步：

根据高温合金整体叶环结构和材料特点，在精铣加工叶身及流道型面时，采用精铣进气端叶型及流道和精铣排气端叶型及流道两个工序进行加工；

在进气端型面的加工工序，步⑴：采用Φ6球头缩颈锥度铣刀对零件进行半精铣加工，加工深度为流道长度的50％～70％，加工后余量为0.3～0.2mm；步⑵：采用Φ5球头缩颈锥度铣刀对零件进行精铣加工，加工后零件表面雨量为0mm；步⑶：由于零件材料为高温合金，因此增加该工步对零件型面进行光整加工，保证零件的形位公差和表面质量；

同样在排气端型面的加工工序，步⑴：采用Φ6球头缩颈锥度铣刀对零件进行半精铣加工，加工深度为剩余的流道长度，保证有流道长度0.5％的重叠，保证对接铣后零件表面无接刀，加工后余量为0.3～0.2mm；步⑵：采用Φ5球头缩颈锥度铣刀对零件进行精铣加工，加工后零件表面余量为0mm；步⑶：由于零件材料为高温合金，因此增加该工步对零件型面进行光整加工，保证零件的形位公差和表面质量。

本发明的优点是：目前，航空发动机压气机叶片静子零件将会越来越多采用整体叶环结构，该方法是一种可行有效地解决高温合金整体叶环零件叶片加工的工艺方法，该方法可以保证加工后的零件具有良好的表面质量和满足设计要求的形位公差，该项技术也可应用到复杂曲面深腔的铣削加工。

附图说明

图1是本发明的两侧进刀加工示意图。

图2是本发明的整体叶环零件示意图。

图3是本发明的精铣刀具示意图。

图4是本发明的缩颈球头刀具示意图。

具体实施方式

结合说明书附图1-4对本发明进一步详细说明。

实施例

整体叶环零件为高温合金材料，材料牌号为GH4169，叶环零件最大外侧直径尺寸：Φ530mm；最小内侧流道直径尺寸：Φ460mm；零件厚度为30mm；叶片的最大弦宽尺寸：40mm；叶片总数：130片；相邻叶片最小间距：约9mm；叶环内外环厚度为2～5mm；叶片长度约30～33mm；叶片与内外流道转接RR2.5mm。零件示意图如下图所示。

按照上述步骤进行加工：

步骤1：制定加工工序

该型整体叶环铣加工工艺路线为：进气端粗铣开槽→排气端粗铣开槽→精铣进气端叶型及流道→精铣排气端叶型及流道共四道加工工序进行加工，粗铣加工时首先在进气端开始加工，加工深度为流道长度的55％，其余长度材料在排气端粗铣开槽工序中进行加工；精铣加工时首先从进气端加工深度为流道长度70％，其余型面在精铣排气端叶型及流道工序进行加工。

2)确定叶型的粗铣后的余量:

该零件采用粗铣后留0.5～0.7mm非均匀加工余量。

3)选择加工刀具：

该零件在粗铣加工时选择Φ6R1.5的端铣刀，长度为80mm；在精铣加工时选择如下图所示的带有缩颈的2种锥度球头铣刀进行加工。第一种：球头直径为Φ5，缩颈部位直径Φ4，锥度部分半锥夹角为1.6°，刀柄直径Φ6，刀具长度80mm；第二种：球头直径Φ6，缩颈部位直径Φ4.8，锥度部分半锥夹角为1.6°，刀柄直径Φ6，刀具长度80mm。

4)选取切削参数：

本高温合金整体叶环粗铣时选择切削速度为30～40m/min，采用4齿刀具，刀具每齿进给0.03～0.05mm；精铣时选择切削速度为40～50m/min，采用4齿刀具，刀具每齿进给0.03～0.04mm。

5)选择精铣加工工步：

本高温合金整体叶环，采用精铣进气端叶型及流道和精铣排气端叶型及流道两个工序进行加工。在进气端型面加工工序，步⑴：采用Φ6球头缩颈锥度铣刀对零件进行半精铣加工，加工深度为流道长度的70％，加工后余量为0.25mm；步⑵：采用Φ5球头缩颈锥度铣刀对零件进行精铣加工，加工后零件表面余量为0mm；步⑶：采用Φ5球头缩颈锥度铣刀对零件型面进行光整加工。同样在排气端型面的加工工序，步⑴：采用Φ6球头缩颈锥度铣刀对零件进行半精铣加工，加工深度为剩余的流道长度，保证流道重叠长度为0.15mm，加工后余量为0.25mm；步⑵：采用Φ5球头缩颈锥度铣刀对零件进行精铣加工，加工后零件表面余量为0mm；步⑶：采用Φ5球头缩颈锥度铣刀对零件型面进行光整加工。

该方法针对高温合金整体叶环零件结构和材料特点，采用粗铣开槽工序与精铣叶片及流道型面工序的铣削方式，对粗铣开槽和精铣叶身及流道采用从叶环进排气端两侧进刀，各分两个工步对接铣加工方式，粗铣加工采用整体硬质合金端铣刀，精铣加工采用带有缩颈的球头锥铣刀，选择合理铣削加工参数和加工工步加工整体叶环，满足整体叶环零件的加工需求。

以上就是采用本加工工艺方法加工高温合金整体叶环零件的加工步骤，加工后的零件能够满足设计要求。