提高鋁合金開式整體葉輪制造精度的工藝方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種開式整體葉輪加工工藝，尤其是一種用于提高2A50鋁合金材料 開式整體葉輪制造精度的工藝方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代飛機的越來越先進的發(fā)展趨勢，飛機上的電子設備日益增多，對于環(huán)境 控制的要求也越來越高，其核心部件--渦輪機械制冷組件、部件的再循環(huán)風扇、電子設備 冷卻風扇等部件里均應用了高速旋轉的葉輪機械。葉輪零件作為這類旋轉機械的關鍵部 件，其整體加工質量不僅影響部件效率，更直接關系到部件的可靠性。這類以2A50鋁合金 材料為基體的整體開式葉輪系零件的結構非常復雜，葉片、流道、葉片前緣均為大曲率復雜 曲面結構，葉輪葉片厚度最薄處S min< 1_，在整個切削加工工藝過程中，這類零件的材料 去除率高達90%及以上。該類整體葉輪工況需滿足高轉速、大推重比、高性能壓氣機葉輪系 產品強度要求，其曲面誤差小、精度高，動平衡時去質量少。因此，采用傳統(tǒng)銑削工藝方法加 工復雜曲面往往出現(xiàn)以下不良情況： 1、從毛坯投入到粗、精加工的整個工藝過程中材料去除率高達90%以上，受較大的切 削力、切削熱以及金屬纖維的斷裂、變形影響，最終造成整體葉輪、葉片曲面及流道曲面變 形量較大，從而影響整體葉輪的動平衡性能和產品性能，嚴重時則會導致葉片出現(xiàn)裂紋。
[0003] 2、銑削過程中常出現(xiàn)葉片前緣變形、崩裂，銑削過程中由于切削力較大，易產生切 削震動、表面粗糙度降低并影響銑削效率。
[0004] 3、精加工后輪盤尺寸不均勻，軸孔圓度、同軸度、徑向軸向超差嚴重。
[0005] 4、動平衡時材料去質量大，合格率低。
[0006] 5、整體葉輪超轉試驗的破損率高。
[0007] 隨著科技的不斷發(fā)展，對產品制造效率、制造質量穩(wěn)定性、產品性能要求也越來越 高，故整體葉輪系零件的葉片曲面、流道曲面的形狀，尺寸精度及表面質量也要求越來越 高，傳統(tǒng)復雜曲面系零件銑削工藝已經不能滿足生產需要。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明是要解決2A50鋁合金材料開式整體葉輪系零件工藝過程中存在以上的技 術問題，而提供一種提高鋁合金開式整體葉輪制造精度的工藝方法，用于提高開式整體葉 輪系零件制造精度及質量穩(wěn)定性。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下： 一種提高鋁合金開式整體葉輪制造精度的工藝方法，具體步驟是：備料一粗車葉輪毛 坯外形一粗車工藝夾頭一熱處理一人工時效一半精車工藝夾頭一半精車葉輪外形一低溫 處理一五軸聯(lián)動加工粗銑一自然時效一五軸聯(lián)動加工精銑一鉗工一精車軸孔一精車葉輪 -鉗工一動平衡。
[0010] 具體工藝方法： 步驟一：備料： 備2A50鋁合金棒料，尺寸大于零件10~15mm。
[0011] 步驟二：粗車葉輪外形： 粗車葉輪外形，預留1~3mm余量，鉆軸孔，軸孔預留0· 5~Imm余量。
[0012] 步驟三：粗車工藝夾頭： 粗車夾持部位，并預留2~3mm余量。
[0013] 步驟四：熱處理： 熱處理HRC彡30。
[0014] 步驟五：人工時效： 人工時效160°C，7~8小時 步驟六：半精車工藝夾頭： 半精車工藝夾頭，加工前精鏜軟爪，保證端面及徑向跳動< 〇. 〇2mm。
[0015] 步驟七：半精車葉輪外形： 半精車葉輪外形，加工前精鏜軟爪，保證端面及徑向跳動< 〇.〇2mm。半精車葉輪外形， 預留0.5mm余量。精鍵軸孔，預留0.3mm余量。
[0016] 步驟八：低溫處理： 進行-60°C ±5°C 2小時低溫處理。
[0017] 步驟九：五軸數(shù)控加工粗銑： 選用具有良好動態(tài)性及穩(wěn)定性的全閉環(huán)控制系統(tǒng)的五軸加工中心設備，對葉輪進行粗 加工。加工前以芯軸定位裝夾，芯軸上下兩端有螺紋，一端旋進底座，另一端裝上葉輪零件、 墊片、螺母并旋緊。找正零件端面且徑向跳動< 〇. 〇2mm，粗銑葉片及流道，并預留0. 3~ 0.8_余量。加工時需噴灑大量冷卻潤滑液。
[0018] 步驟十：自然時效： 把粗銑后的葉輪坯體放置在水平的平臺上，常溫下靜置48小時。
[0019] 步驟十一 ：五軸數(shù)控加工精銑： 選用具有良好動態(tài)性及穩(wěn)定性的全閉環(huán)控制系統(tǒng)的五軸加工中心設備對葉輪零件進 行精加工。加工前以精鏜軟爪或芯軸以及定位銷進行定位裝夾，找正零件端面且徑向跳動 彡0· 02mm。精銑葉輪的葉片、流道及葉片根部圓角，接刀痕均布且<0· 1mm，葉片根部圓角 不得有震刀現(xiàn)象。加工時需噴灑大量冷卻潤滑液。
[0020] 步驟十二：鉗： 鉗工去除毛刺，修正以上步驟接刀痕使其平滑過渡。
[0021] 步驟十三：數(shù)控車： 精車夾頭端面、精鏜軸孔。加工前精鏜軟爪，保證端面及徑向跳動量< 〇. 〇2mm。
[0022] 步驟十四：數(shù)控車： 精車芯軸，以步驟十三精鏜軸孔定位，精車整體葉輪外徑、另一端面及葉輪外形。
[0023] 步驟十五：鉗： 鉗工去除毛刺。
[0024] 步驟十六：動平衡校正： 對整體葉輪進行動平衡并去質，使其達到所需的平衡精度。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是： 通過以上工藝方法，對2A50鋁合金材料開式整體復雜曲面葉輪系零件的加工，其葉輪 形狀完整，曲面光順、順暢、葉片曲面、流道曲面變形小，葉片的葉面、前緣經熒光探傷無裂 紋。整體葉輪動平衡時去質量較小，合格率高，整體葉輪超轉試驗的合格率大幅提高。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)點在于采用本工藝技術方法對2A50鋁合金材料開式整體復雜曲面葉 輪系零件的加工，實現(xiàn)了該系列整體葉輪零件的工藝提升，保證了良好的產品質量、性能及 設計要求。同時，提高了生產質量的穩(wěn)定性，提高了產品的可靠性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是整體葉輪系零件立體示意圖； 圖2是整體葉輪系零件的剖視圖； 圖3是圖2的俯視圖； 圖4是葉輪裝夾方案示意圖。
[0028] 圖中：B.工藝夾頭，C.軸孔，1.螺母，2.墊片，3.整體葉輪零件，4.芯軸，5.底座， 6.三爪卡盤。
【具體實施方式】
[0029] 本實施例是制造如附圖1至圖3所示的某高性能整體葉輪，整體葉輪的零件高 度H=68mm，出口直徑為D出=Φ 120mm，葉輪的進口直徑為Djs =Φ82mm，進口端葉片高度H出 =27. 1mm，出口端葉片高度H進=9. 58mm，葉片厚度最薄處δ min=〇. 9mm，相鄰葉片間最小距離 lmin=6. 3mm，葉片圓周分布葉片數(shù)量為Z=12片，材料為2A50鋁合金，整體葉輪工況要滿足高 轉速、大推重比、高性能，其曲面誤差小、精度高，動平衡性能好。
[0030] 提高鋁合金開式整體葉輪制造精度的工藝方法，具體步驟如下： 步驟一：備料： 備Φ130_χ 75_ 2A50鋁合金鍛料。
[0031] 步驟二：粗車毛坯外形： 粗車葉輪毛述外形，預留I. 5mm余量。粗鉆軸孔C，并預留0. 8mm余量，加工時需大量噴 灑冷卻潤滑液。
[0032] 步驟三：粗車工藝夾頭： 粗車Φ 50mm X IOmm工藝夾頭B，葉輪夾持部位及后端