[发明专利]一种大型轴流式整体叶轮加工方法

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别提供一种大型轴流式整体叶轮的新型加工方法。

背景技术

随着航空发动机推重比要求的提高，大型轴流式整体叶轮的应用越来越广泛，大型轴流式整体叶轮虽然是开放结构，但由于叶片尺寸超大，叶片最大长度约300mm，最大宽度尺寸约219mm，最大扭角62°，易受力变形，开敞性差，是一种典型的宽弦、大扭角、长悬臂、窄深腔结构，其数控铣加工难度非常大，加工特点有：加工用刀具长径比大（如按常规采用开式叶盘的单侧铣加工工艺，则铣削刀具可长达350mm左右），加工过程中叶片悬臂与刀具耦合振动极为严重，大扭角及窄深腔结构造成了加工用刀具产生严重干涉及刀具直径的急剧减小，同时又间接增大了刀具长径比。随着刀具长径比的急剧增大，刀具与叶片悬臂的耦合振动严重降低了叶片表面的铣加工质量，降低了加工效率，同时，由于加工中振动的加大，刀具寿命也急剧缩短，又直接增加了刀具成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型轴流式整体叶轮加工方法，该方法能够提高大型轴流式整体叶轮加工效率，提高叶片部位表面质量并降低生产成本。

本发明具体提供了一种大型轴流式整体叶轮加工方法，其特征在于，采用开式及闭式叶轮组合加工方法进行加工，其中叶轮的开式部分铣加工方法为：叶片积叠轴方向开式叶轮粗开槽+螺旋铣精铣加工，叶轮闭式部分铣加工方法为：发动机轴线方向粗开槽+往复式精铣加工。即在叶型的前半段进行开槽+螺旋铣，叶型的后半段至叶根为对接开槽+往复铣削。

粗开槽：由于材料去除率较大，增大了叶片部位机械加工残余应力，为了减小消除应力热处理后零件变形造成的损失，在流道和叶身各表面留2mm余量。开式部分铣加工方法为叶片积叠轴方向粗开槽（占加工区域的60%），闭式部分铣加工方法采用发动机轴线方向钻铣加粗开槽（占加工区域的40%，包含流道部位）。

精铣加工：分为半精加工和精加工两部分。半精铣给精铣留0.2mm余量，考虑到加工过程中由于刀具的磨损及随着刀具长径比的增大造成的让刀现象，精铣加工时叶片采用无余量方式加工。开式部分铣加工方法为叶片积叠轴方向螺旋半精铣加螺旋精铣（占加工区域的65%），闭式部分铣加工方法采用发动机轴线方向往复式半精铣加往复式精铣加工（占加工区域的35%，包含流道部位）。

在叶轮开式部分铣加工过程中，由于叶片前后缘部分刀轴变化太大，刀具受理较为复杂，严重缩短了刀具寿命，因此，粗开槽不包括叶片前后缘的加工，叶片前后缘采用带4°锥度的四刃或六刃整体硬质合金球头铣刀进行精铣加工。采用4°锥度球头铣刀的优点是该铣刀可进行返磨多次使用，且返磨合格率可达到100%。极大的降低了铣加工刀具成本。

本发明所述大型轴流式整体叶轮加工方法的具体加工过程如下：

（1）粗铣开式加工：①区域采用叶片沿积叠轴方向4粗开槽加工，采用小切深、大进给面铣加工技术加工，该部分粗开槽不包含叶片前后缘的加工，前后缘采用球头铣刀沿叶型方向光整加工；

采用小切深、大进给面铣加工技术，取代了以前钻铣加螺旋铣光整加工方式。通过试验验证，圆锥面单向铣：从后缘到前缘、先叶盆后叶背顺逆组合铣刀片消耗最小，线速度可达60m/min。但由于叶片前后缘部分刀轴变化太大，刀具受力较为复杂，严重缩短了面铣刀的刀具寿命，因此，该部分粗开槽不包含叶片前后缘的加工，前后缘采用球头铣刀沿叶型方向光整加工。面铣刀刀具结构图见附图2，走刀轨迹见附图3。

（2）粗铣的闭式加工：②③区域采用沿发动机轴线方向5对接铣，采用钻铣加粗开槽方式加工，钻铣加工是为了避免粗开槽时非切削部位的干涉问题，粗开槽采用小切深、大进给面铣光整技术，采用U型刀具轨迹，线速度可达60m/min，走刀轨迹见附图4；

（3）精铣开式加工：①区域采用沿积叠轴方向4螺旋式加工，全部采用Φ16带4°锥度的四刃或六刃整体硬质合金球头铣刀加工，线速度可达140m/min。带4°锥度的四刃或六刃整体硬质合金球头铣刀结构图见附图5，走刀轨迹见附图6；

（4）精铣的闭式加工：②③区域采用沿发动机轴线方向5往复式加工，采用4°锥度的四刃或六刃整体硬质合金球头铣刀往复加工，线速度可达140m/min。走刀轨迹见附图7。