钛合金压气机盘榫槽成形专用铣刀刀具的制作方法

本实用新型涉及一种直径约1500 mm发动机压气机盘的制造刀具，主要涉及钛合金压气机盘榫槽加工过程中的成形铣刀。

背景技术：

发动机中盘、轴、鼓筒、轴颈等零件均是发动机的核心转动部件和关键件，在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作。这类零件材料大多采用高温合金、粉末高温合金、钛合金等难加工材料制造，尺寸精度要求高，技术条件严格，对零件表面质量、表面完整性要求高，其加工质量的高低直接影响到发动机的使用寿命和安全可靠性。盘轴一体结构零件是将传统的压气机盘和轴颈集成为一体的重要承力件，材料为钛合金，大端是轮盘结构，具有图2、图3所示轮缘、辐板、轮毂、盘心孔，轮缘上带有安装叶片的燕尾榫槽，辐板处有精密螺栓连接孔。零件轴颈端外型面带有螺纹、篦齿、外花键、径向斜孔等结构特征。盘轴一体结构零件的另一特点是轴颈锥璧与轮盘辐板形成了半封闭深型腔结构，加工工艺性差。

压气机后鼓筒零件是由5个压气机盘通过惯性摩擦焊焊接组合而成，带有五级环形燕尾榫槽，辐板间内腔型面空间狭小，内腔根底部径向深度大、敞开性差、加工难度大，外型面结构复杂，尺寸精度高，技术条件要求严，后鼓筒材料为钛合金。传统的加工方式，零件尺寸精度依靠操作者上刀补值控制、受人为的影响因素大，尺寸公差离散度大。盘鼓类零件轮缘上通常都带有安装叶片的榫槽，按形状可分为纵树形榫槽和燕尾形榫槽，按榫槽方向又分为轴向榫槽和环形榫槽，轴向榫槽通常采用拉削加工，环形燕尾榫槽采用数控车削加工。在发动机压气机盘及鼓筒组件上应用环形燕尾榫槽结构的较多，榫槽开口小、内腔宽，榫槽工作面轮廓度一般在0.01 mm左右，其他表面轮廓度一般在0.025 mm左右，制造的精度要求高，主要加工难点为：

（1）榫槽工作面节点尺寸、轴向位置精度及基准边直径尺寸公差要求严格，尤其是榫槽轮廓度要在全型面上保证，对设备刀具要求高，钛合金材料切削性差、加工硬化现象严重，影响零件的加工精度与表面质量水平。

（2）榫槽结构为腔大、口小，敞开性差，使榫槽加工用刀具头大颈小，颈部强度较弱，且加工余量较大，排屑困难，加工过程中易出现打刀现象。

压气机盘通过摩擦焊或电子束焊形成鼓筒组合件后，各级盘辐板间深腔底部型面加工一直是加工中的难点和瓶颈，特别是内腔径向深度尺寸H大于盘心孔直径φA的封闭狭长内腔型面加工更是鼓筒组合件加工中的关键。由于各级盘轮毂之间间距小，刀具切削时在盲视状态下加工，无法观察监控切削情况，加工风险大（见图4）。常规的工艺方法及刀具无法完成此类深腔封闭型面加工，只能选用悬伸较长、厚度较薄的刀具进行加工，造成刀具刚性差、强度较低，加工过程中易出现让刀及切削共振现象，加剧刀具磨损，加工后零件表面易出现振纹，加工难度大。而在整个涡轮盘的机械加工中，工作量最大、难度最高的是轮盘榫槽加工。各种形状复杂的周向榫槽常用铣床铣削和拉床拉削来加工。由于燕尾式榫槽结构不规则，形状复杂，而且表面粗糙度要求在 Ra0.8 以上,若采用铣削加工，必须通过粗铣、半精铣、精铣三道工艺，才有可能使榫槽达到要求的表面粗糙度，并且劳动强度大，效率低，加工精度难以保证，在批量生产中已经很少采用了，故而多采用拉削加工。拉削是一种高精度、高效率的可最终成型的机械加工方法，用于加工各种形状的内、外表面，以及具有旋转运动的螺旋槽等。特别适合加工精度高、表面质量要求高的成批和大量生产的零件。现已广泛用于航空发动机各级圆盘、叶片榫头、涡轮盘、压气机盘、安装板等零部件的加工，但必须配以专用的刀具、量具、及其它辅具。

现有技术对钛合金压气机盘榫槽的加工，通常采用拉削方式进行加工，拉削成本高，仅刀具就需要投入粗精加工多把拉刀，费用昂贵且拉刀生产准备周期长，刀具设计、制造难度大，费时费力，不适用于小批量快速生产。随着航空产业的发展，对产品的研制周期要求越来越高，这种加工方法已经不能满足产品研制在时间周期上的要求。采用钛合金材料制造而成的低压压气机四级盘为例，盘周向具有图1所示的43个贯通的榫槽，榫槽的结构如图2所示，若采用传统的拉削方式加工，需要专用的拉刀机床，对于缺乏设备和拉刀的情况下无法满足加工要求。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的任务是提供一种制造难度小，寿命长、成本低，能够加工钛合金压气机盘榫槽所使用的成形铣刀。

本实用新型的上述目的可以通过以下措施来达到，一种钛合金压气机盘榫槽成形专用铣刀刀具，包括与铣头相连的刀柄，其特征在于，所述的刀头通过刀柄轴端缩颈连接，刀头具有按压气机盘榫槽外形尺寸设计的燕尾形状，刀头前端采用整体硬质合金YG10H，刀头前角和后角刀刃角度分别取为10°～12°，刀头表面覆盖有涂层厚度为2μm～5μm的PVD-TiAlN涂层。

本实用新型具有如下有益效果。

本实用新型采用与钛合金压气机盘榫槽外形尺寸基本一致的成形专用铣刀刀具，在刀头前端采用整体硬质合金YG10H，刀刃角度分别取为10°～12°前角和后角，和头表面覆盖涂层厚度为2μm～5μm的PVD-TiAlN涂层。不仅加工出来的榫槽尺寸及一致性满足产品的尺寸、形状、位置度要求，而且最大限度地降低“人为干预”的错误机率，将诸多方面可能出现的问题和存在的风险进行了有效的规避，加工后的零件尺寸公差90%接近中差值，而且不同操作员加工零件的时间几乎一致，实现了标准作业时间。不再依赖与工人的技术水平。提高了劳动生产率和降低了生产成本，避免了工件逐渐找正和对刀，缩短了工件的加工时间。头表面采用覆盖厚度为2μm～5μm的PVD-TiAlN涂层，具有良好的抗氧化性和耐磨性，提供了成形刀具的使用寿命。解决了拉削方式进行加工，拉削成本高，刀具需要投入粗精加工多把拉刀，费用昂贵，生产准备周期长，制造难度大，费时费力，不适用于小批量快速生产的问题。

附图说明

图1是本实用新型提供的钛合金压气机盘榫槽成形专用铣刀刀具构造示意图。

图2是钛合金压气机盘主视图。

图3是图2压气机盘榫槽的俯视图。

图4是图3的移出剖面示意图。

图中：1为刀柄，2为缩颈，3为刀头，4为刀刃。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，钛合金压气机盘榫槽成形专用铣刀刀具，包括与铣头3相连的刀柄1。刀头3通过刀柄1轴端缩颈2连接，刀头3具有按压气机盘榫槽外形尺寸设计的燕尾形状，刀头前端制有采用整体硬质合金YG10H，刀刃4角度分别取为10°～12°前角和后角，刀头3表面覆盖有涂层厚度为2μm～5μm的PVD-TiAlN涂层。