一種高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽車加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，特別提供一種軸流式高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽車加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，整體葉輪類零件在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中所占的比重非常大，發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪的應(yīng)用越來越廣泛，隨著制造業(yè)的發(fā)展，整體葉輪類零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于向多樣化、高性能化發(fā)展，對(duì)加工刃具的選擇和加工參數(shù)的選用都要求十分嚴(yán)格，受特種加工技術(shù)對(duì)材料性能影響及加工精度等要求的限制，機(jī)械加工仍是應(yīng)用最廣泛的加工方法。特別是高溫合金環(huán)形深窄槽部位開敞性差，精度不易保證。加工振動(dòng)大，排肩困難，鐵肩易堵塞，造成斷刀，且效率低、成本高。同時(shí)，窄槽加工區(qū)域劃分和加工順序需要不斷優(yōu)化，提高零件的整體加工質(zhì)量。
[0003]目前，整體葉輪環(huán)形槽的加工方法多采用成型刀具加工完成，將窄槽車完，再車輻板等部位，這種方法對(duì)于具有開敞性差的環(huán)形結(jié)構(gòu)槽，且輻板壁薄的整體葉輪不太適合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種減少高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽車加工時(shí)打刀現(xiàn)象，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)質(zhì)、高效完成零件加工的方法。該方法針對(duì)整體葉輪窄槽開敞性差、加工難度大的特點(diǎn)，對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行合理劃分并確定可行性加工路線，采用先車削部分窄槽，然后加工輻板部位，最后再全部清除窄槽余量，確保整體葉輪加工質(zhì)量最優(yōu)。采用變參數(shù)車削高溫合金整體葉盤環(huán)形深窄槽方法，優(yōu)化了切削參數(shù)，減小了切削振動(dòng)，進(jìn)而提高了刀具耐用度，減少了斷刀現(xiàn)象的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽優(yōu)質(zhì)、高效、低成本加工。
[0005]本發(fā)明具體提供了一種高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽車加工方法，其特征在于，加工步驟如下:
[0006](I)將環(huán)形深窄槽加工區(qū)域劃分為3個(gè)區(qū)域:區(qū)域I 1、區(qū)域II 2、區(qū)域III 3 (三個(gè)區(qū)域的劃分原則是刀具不與零件產(chǎn)生干涉，能夠有效避免過切和欠切)；
[0007](2)分析刀具在進(jìn)給過程中的受力情況；
[0008](3)選擇合適的非標(biāo)槽刀a、b、C，刀具a刀尖半徑為3mm，刀具b刀尖半徑為3mm，刀具c刀尖半徑為2.1mm,所用球形槽刀片半徑R為I?1.5mm ；
[0009](4)規(guī)劃加工路線:
[0010]粗加工階段加工路線:區(qū)域I I —區(qū)域II 2 —整體葉輪輻板及轉(zhuǎn)接部分4 —區(qū)域III 3 ；
[0011]精加工階段加工路線:區(qū)域I I —區(qū)域III 3 —區(qū)域II 2 ;
[0012](5)用UG軟件生成數(shù)控刀具軌跡；
[0013]粗加工采取插削方式，采用恒定車床主軸轉(zhuǎn)速，改變線速度的加工方式，刀具懸伸量80?100mm，最大切削速度Vmax = 32m/min,最小切削速度Vmin = 28m/min,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量fn = 0.1-0.25mm/r，切削深度 ap = 1.5mm ;
[0014]精加工采用單向輪廓切削，采用恒定切削速度、變主軸轉(zhuǎn)速方式加工，恒線速度Vc=30m/min，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 fn = 0.15mm/r，切削深度 ap = 0.2mm ；
[0015](6)利用UG后置處理功能將刀軌代碼轉(zhuǎn)換為G代碼，運(yùn)用VERICUT軟件進(jìn)行數(shù)控車削程序仿真；
[0016](7)編輯數(shù)控車削程序；
[0017](8)加工環(huán)形葉輪零件:選用數(shù)控立車對(duì)零件進(jìn)行加工。
[0018]本發(fā)明高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽車加工方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0019]步驟(I)，將窄槽加工區(qū)域劃分為3個(gè)區(qū)域(如圖1中所示區(qū)域I 1、區(qū)域II 2、區(qū)域III 3)。三個(gè)區(qū)域的劃分與通常的兩個(gè)區(qū)域的加工方法相比，可減少切削過程中的過切和欠缺，增強(qiáng)了刀具的可達(dá)性，可行性。
[0020]步驟(2)，分析刀具在進(jìn)給過程中的受力情況，根據(jù)加工區(qū)域分析，選用的槽刀刀板薄，最大厚度僅為4mm，對(duì)徑向力的耐受程度較小，因此，必需將刀具在加工過程中的受力狀態(tài)分析清楚，以保證加工過程中該刀具所承受的徑向力最小。同時(shí)還要從切削參數(shù)的選用方面考慮到槽刀片的耐用度大小。刀具示意圖及進(jìn)給方向受力分析見圖2。
[0021]步驟(3)，根據(jù)第⑴⑵項(xiàng)分析，選擇三把槽刀a、b、c，刀具a刀尖半徑為3mm，刀具b刀尖半徑為3mm，刀具c刀尖半徑為2.1mm ;為保證加工效率，減少切削振動(dòng)，刀具懸伸不能太大(80?100mm)，徑向進(jìn)給率不能太大，刀具必須保證能夠充分冷卻。所用球形槽刀片半徑根據(jù)窄槽部位圓角大小確定(本發(fā)明選用半徑R為I?1.5mm的球形槽刀片)。刀具尺寸的確定需根據(jù)各自加工的區(qū)域尺寸來確定，確保刀具具有可達(dá)性、可行性。避免產(chǎn)生過切和欠切，同時(shí)必須保證刀具能夠充分冷卻。
[0022]步驟(4)，依據(jù)環(huán)形深窄槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在粗加工時(shí)采取單向插削方式，為了減小切削過程中的振動(dòng)問題，保持較低的進(jìn)給率，最小化刀具懸伸。應(yīng)保持低的進(jìn)給率，以避免切肩堵塞。從切削最大直徑開始，并向內(nèi)切削以獲取最佳切肩控制。選用刀具a切削窄槽區(qū)域I 1，刀具b切削窄槽區(qū)域II 2，刀具c切削窄槽區(qū)域III 3 (刀具a、b、c如圖2所示)。粗加工采用插削方式，切深1.5mm，確保在加工整體葉輪輻板(圖1箭頭4所示位置)時(shí)的加工質(zhì)量，提高加工系統(tǒng)剛性，減少切削加工變形。
[0023]粗加工階段加工路線:環(huán)形深窄槽區(qū)域III 3待加工完輻板(整體葉輪輻板及轉(zhuǎn)接部分4)之后再進(jìn)行切削加工，可以最大限度保證整體葉輪加工時(shí)的整體剛性，保證加工精度。具體加工路線為:粗加工階段加工路線:區(qū)域I I —區(qū)域II 2 —整體葉輪輻板及轉(zhuǎn)接部分4 —區(qū)域III 3。
[0024]精加工階段加工路線:區(qū)域I I —區(qū)域III 3 —區(qū)域II 2。
[0025]該路線可有效避免產(chǎn)生接刀痕，提高零件表面完整性，進(jìn)而提高零件的使用壽命。
[0026]步驟(5)，利用UG軟件編程功能，在選定的切削區(qū)域中建立并生成刀具軌跡。粗加工采取插削方式，采用恒定車床主軸轉(zhuǎn)速，改變切削速度的加工方式，刀具懸伸量80mm，最大切削速度Vmax = 32m/min，最小切削速度Vmin = 28m/min，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量fn = 0.2mm/r0切削深度ap = 1.5_。在去除工件大余量，切余量不均勻時(shí)，切削速度改變，使得切削力大小改變，進(jìn)而改變了刀具振幅，減少了切削系統(tǒng)振動(dòng)，減少了打刀現(xiàn)象，確保零件加工質(zhì)量。
[0027]精加工采用單向輪廓切削，采用恒定切削速度、變主軸轉(zhuǎn)速方式加工，恒切削速度方式加工有利于保證車刀在零件余量均勻的條件下，沿輪廓切削的穩(wěn)定性，減小切削振動(dòng)，使得刀具的切削阻力大為減少，恒定的切削速度Vc = 30m/min，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量fn = 0.lmm/r。切削深度ap = 0.2mm。粗加工時(shí)刀具軌跡見圖3?5。精加工時(shí)刀具軌跡見圖6?8。
[0028]步驟(6)，利用UG后置處理將刀軌代碼轉(zhuǎn)換為G代碼。本發(fā)明采用三軸聯(lián)動(dòng)加工，生成的刀具軌跡經(jīng)過VERICUT數(shù)控加工仿真軟件進(jìn)行刀具軌跡的仿真，確保加工過程中無干涉、過切及碰撞，同時(shí)減少了打刀現(xiàn)象的產(chǎn)生。
[0029]步驟(7)，數(shù)控程序編制，根據(jù)實(shí)際情況，加入數(shù)控防錯(cuò)程序，避免數(shù)控立車操作人員輸入刀補(bǔ)時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
[0030]步驟(8)，選用數(shù)控立車加工，按給定的工藝技術(shù)文件裝夾零件進(jìn)行加工。
[0031]本發(fā)明采用合理分區(qū)域車削加工高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽的方法，留取窄槽部分區(qū)域余量增加系統(tǒng)剛性；運(yùn)用變參數(shù)加工方法，降低了刀具承受的切削力，減小了切削振動(dòng)，從而減少了鐵肩阻塞及加工中的斷刀現(xiàn)象。該方法可廣泛應(yīng)用于其它整體葉輪類零件車加工過程中，以滿足工件材料、零件幾何形狀、精度和表面質(zhì)量等方面的要求。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明環(huán)形葉輪局部橫截面余量圖(其中4為整體葉輪輻板及轉(zhuǎn)接部分)。
[0033]圖2為本發(fā)明刀具示意圖及進(jìn)給方向受力分析。
[0034]圖3為本發(fā)明粗加工環(huán)形葉輪窄槽區(qū)域I刀具軌跡。
[0035]圖4為本發(fā)明粗加工環(huán)形葉輪窄槽區(qū)域2刀具軌跡。
[0036]圖5為本發(fā)明粗加工環(huán)形葉輪窄槽區(qū)域3刀具軌跡。
[0037]圖6為本發(fā)明精加工環(huán)形葉輪窄槽區(qū)域I刀具軌跡。
[0038]圖7為本發(fā)明精加工環(huán)形葉輪窄槽區(qū)域3刀具軌跡。
[0039]圖8為本發(fā)明精加工環(huán)形葉輪窄槽區(qū)域2刀具軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0041]高溫合金整體葉輪環(huán)形深窄槽車加工過程如下:
[0042]工件:
[0043]高溫合金(GH4169)件。被加工件的材料為難加工材料，加工時(shí)導(dǎo)熱性差，加工硬化嚴(yán)重，加工時(shí)切削力大，切削溫度高，刀具容易磨損。為軸流式整體葉輪。加工部位為環(huán)形深窄槽，加工深度10mm，槽寬7mm，開敞性差，車槽時(shí)刀肩不易排出。
[0044]刀具:
[0045]刀具采用3把非標(biāo)刀具如圖2所示，刀具a刀尖半徑為3mm，刀具b刀尖半徑為3mm，刀具c刀尖半徑為2.1mm，所用球形槽刀片半徑R為I?1.5mm。刀片表面為TiAlN涂層，提高了刀具耐磨性，延長(zhǎng)了車刀的使用壽命。
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