[发明专利]一种钛合金材质整体叶盘的加工方法及其应用

说明书

本申请涉及机械加工技术领域，具体涉及一种钛合金材质整体叶盘的加工方法及其应用；本申请通过采用切铣→激光强化→振动光饰的方法，并限定切铣过程中粗铣、半精铣及精铣的铣刀转速、给进速度、切深及加工余量，提高了叶盘的加工效率及加工精度，降低了叶盘的变形或裂纹问题；调节激光强化参数降低叶盘残余应力并提高其抗疲劳强度；调节振动光饰时间、振动频率和振动光饰液，通过影响叶盘在振动光饰机内的翻转平衡影响其加工效率和加工效果，降低叶盘的表面粗糙度；通过以上方法制备的钛合金材质整体叶盘由于其优异的抗疲劳性能和表面光洁度可用于航空飞机发动机中。

技术领域

本申请涉及机械加工技术领域，B23C3/00，具体涉及一种钛合金材质整体叶盘的加工方法及其应用。

背景技术

目前我国航空发动机整体叶盘的加工制造技术中存在许多的难点，这些难点主要集中在叶片的复杂型面、较高的加工精度和表面质量要求等。钛合金在航空发动机中主要用于制造风扇和压气机盘、叶片、机匣等零件，以及各种类型的紧固件，其使用量在航空航天工业中超过70％，用钛合金代替结构钢，可以实现减轻零件重量约30％；对于钛合金材质的整体叶盘，其外廓尺寸一般在500mm～1000mm之间，叶片数量多、尺寸长、刚性弱、弯扭大、叶型截面前后缘半径小，材料切削困难，加工中极易出现变形、让刀、裂纹等问题，降低了加工效果和叶盘使用寿命。手工抛修更多依赖操作者的技能和经验，不仅效率不高，而且零件质量稳定性与一致性难以保证；实现高效、精密、叶面光滑的切削，便成为国内外叶盘制造业十分关切的课题，为此，本申请研究了钛合金材质整体叶盘的加工工艺。

CN108717494A公开了一种面向多目标的钛合金整体叶盘侧铣加工切削参数优化方法，方法中先确定合理的切削参数范围，完成侧铣正交实验，收集实验数据，之后建立侧铣切削参数优化多目标模型再基于gamultiobj函数对多目标模型进行求解，实现切削参数的优化；以解决钛合金整体叶盘侧铣加工中切削力和工件表面粗糙度大、加工效率低的问题，虽然该方法精度高，但是其中涉及到多个定位点的确定及大量的函数算法，不便于实际操作。

CN101912990B公开了一种整体叶盘铣削减振方法，该方法中填充结晶石蜡、液体蜡、松香树脂、受阻酚类抗氧剂的熔融混合物以消除铣削时在叶片叶尖部位产生的颤纹，降低叶片表面的粗糙度，但是灌蜡工艺繁琐，使得叶盘的加工效率较低，同时去除的蜡进入机床内部后，易对机床产生一定的损害。

发明内容

为了解决以上技术问题，本申请提供了一种钛合金材质整体叶盘的加工方法，其加工步骤为：

S1.切铣；

S2.激光强化；

S3.振动光饰。

传统钛合金材质整体叶盘加工工艺主要采用“粗铣→去应力热处理→减振填充→修基准→修基准孔→半精铣→二次减振填充→精铣→手工抛光→振动光饰→叶片激光强化→叶片喷丸”的方式，此工艺路线耗时复杂，并且过程中牵涉到很多次的定位，增加了整个过程的定位误差值，其次，过程中采用减振填充物进行减振，极易导致精铣过程中叶片跑偏、让刀严重、加工轮廓不流畅等问题，手工抛光操作效率不高，很难把握零件的一致性，且加工效率也不高；本方案中采用切铣→激光强化→振动光饰的工艺步骤，通过控制切铣、激光强化、振动光饰过程的工艺参数，平衡了钛合金材质整体叶盘的加工精度和应力变形的问题，简化了传统工艺，并提高了钛合金材质整体叶盘的加工质量。

进一步地，其加工步骤为：

S1.切铣：粗削、半精铣、精铣；

S2.激光强化：激光冲击能量为20-25J，光斑直径为1-3mm；

S3.振动光饰：使用磨料和振动光饰液振动打磨钛合金材质整体叶盘。

进一步地，步骤S1中粗削对叶盘开排气孔和流道槽，铣刀转速为3500-4500r/min，给进速度为350-450mm/min。