專利名稱：鈦合金葉輪表面完整性加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加工方法，尤其是一種鈦合金葉輪表面完整性加工方法。
背景技術：
現(xiàn)有航空領域中的鈦合金葉輪的加工，一般為車削后銑削加工，對于葉輪的表面完整性不做過多地補充處理，導致葉輪普遍壽命不高，達不到設計要求壽命最低限40000次循環(huán)。因此，為了提高葉輪的壽命，需要對葉輪的表面完整性提出了新的要求，即
葉片表面粗糙度達到RaO. 4 ；
表面殘余應力要求如果應力測量值I。I彡210 MPa，那么其各點的應力變化滿足Δ σ彡60 MPa，切向應力滿足τ彡8 MPa ;如果應力測量值| σ |〈 210 MPa，那么其各點的 應力變化滿足Λ σ彡30 MPa或σ /4 (兩個值中最大的)，切向應力滿足τ ^ 8 MPa ；加工后無磨削燒傷、無表面硬化。這些葉輪表面完整性要求可以是保證葉輪壽命，但目前對于其加工的具體步驟尚屬空白。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金葉輪表面完整性加工方法，可以實現(xiàn)在加工后葉輪的幾何精度、表面粗糙度、表面殘余應力和表面微觀缺陷滿足葉輪表面完整性的設計要求，無磨削燒傷和表面硬化。本發(fā)明的具體技術方案為如下所述，加工方法包括以下步驟
1)鍛造成型鍛造成毛坯；
2)粗加工對毛坯進行粗加工，加工后余量為O.8 I. 2_，對基準進行粗加工，加工后的余量為O. 5 O. 8mm;
3)精加工基準精加工基準至尺寸要求；
4)加工內孔用數(shù)控車削設備加工葉輪內孔，刀具采用強力內冷刀桿、仿形圓刀片，冷卻液流量2. 5 3m3/h,壓力18 22Bar;切削線速度15 20m/min,進給量4. 8 5. 8mm/min,每次切削深度O. 04 O. 05mm,最終加工至余量為O. 15 O. 25mm ；
5)加工葉片
裝夾工件通過夾具支撐和壓緊加工好的基準，將葉輪安裝在5軸數(shù)控銑削加工中心設備上；
粗加工工步加工的刀具為錐度四齒球頭指形銑刀，其整體刀長90 100mm，夾持直徑為12mm，單邊錐度4度，切削刃長彡40mm,球頭直徑8mm，刀具探出長彡40mm ;每次切削深度2mm,刀具主軸轉速2500 2600r/min,進給量300 350mm/min,加工至表面余量O. 15
O.25mm ；
葉片精加工工步加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長90 100mm，夾持直徑6mm，單邊錐度4度，切削刃> 15mm，球頭直徑為3mm，探出長> 40mm ;每次進刀切削深度O. 1mm,主軸轉速3100 3200r/min,進給量500 550mm/min ;加工至要求尺寸；
葉片流道精加工工步；加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長90 100mm，夾持直徑6mm，單邊錐度4度，切削刃> 15mm，球頭直徑為3mm，探出長> 40mm ;每次進刀切削深度O. 15 O. 05mm，切削寬度O. 2 O. 25mm ;主軸轉速2800 3000r/min，進給量500 550mm/min ;加工至要求尺寸；
6)拋光用磨料為碳化硅材質的砂紙進行拋光，砂紙粒度分別為P600 P1000，至去除加工后的所有刀痕；
7)磨粒流加工設備為磨粒流機，采用碳化硅復合磨料，工作溫度30 35°C，工作壓力20 25Bar，磨粒循環(huán)30 50次；
8)磨削外輪廓采用碳化硅砂輪，粒度160，軟型；冷卻液流量加工外輪廓時工件轉速200 220r/min,砂輪Z向走刀速度20 25mm/miη ;加工端面時工件轉速80 90r/min ；加工大外徑時工件轉速50 60r/min，加工其它軸徑時工件轉速80 90r/min，最終將所 有位置加工至要求尺寸；
9)最終檢驗。本發(fā)明通過設備的選擇、工序步驟的設計及參數(shù)的設置，使葉輪表面完整性達到了要求的標準，同時，為了保證葉輪表面光度的要求，采用了磨粒流表面拋光技術。本發(fā)明有效的提高了葉輪的壽命，并應用到實際的產(chǎn)品加工過程中，效果明顯。
具體實施例方式鈦合金葉輪表面完整性加工方法包括以下步驟
1)鍛造成型鍛造成毛坯；
2)粗加工對毛坯進行粗加工，加工后余量為O.8 I. 2_，對基準進行粗加工，加工后的余量為O. 5 O. 8mm;
3)精加工基準精加工基準至尺寸要求；
4)加工內孔用數(shù)控車削設備加工葉輪內孔，刀具采用強力內冷刀桿、仿形圓刀片，冷卻液流量2. 5 3m3/h,壓力18 22Bar;切削線速度15 20m/min,進給量4. 8 5. 8mm/min,每次切削深度O. 04 O. 05mm,最終加工至余量為O. 15 O. 25mm ；
5)加工葉片
裝夾工件通過夾具支撐和壓緊加工好的基準，將葉輪安裝在5軸數(shù)控銑削加工中心設備上；
粗加工工步加工的刀具為錐度四齒球頭指形銑刀，其整體刀長90 100mm，夾持直徑為12mm，單邊錐度4度，切削刃長彡40mm,球頭直徑8mm，刀具探出長彡40mm ;每次切削深度2mm,刀具主軸轉速2500 2600r/min,進給量300 350mm/min,加工至表面余量O. 15
O.25mm ；
葉片精加工工步加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長90 100mm，夾持直徑6mm，單邊錐度4度，切削刃> 15mm，球頭直徑為3mm，探出長> 40mm ;每次進刀切削深度O. 1mm,主軸轉速3100 3200r/min,進給量500 550mm/min ;加工至要求尺寸；
葉片流道精加工工步；加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長90 100mm，夾持直徑6mm，單邊錐度4度，切削刃> 15mm，球頭直徑為3mm，探出長> 40mm ;每次進刀切削深度O. 15 O. 05mm，切削寬度O. 2 O. 25mm ;主軸轉速2800 3000r/min，進給量500 550mm/min ;加工至要求尺寸；
6)拋光用磨料為碳化硅材質的砂紙進行拋光，砂紙粒度分別為P600 P1000，至去除加工后的所有刀痕；
7)磨粒流加工設備為磨粒流機，采用碳化硅復合磨料，工作溫度30 35°C，工作壓力20 25Bar，磨粒循環(huán)30 50次；
8)磨削外輪廓采用碳化硅砂輪，粒度160，軟型；冷卻液流量加工外輪廓時工件轉速200 220r/min,砂輪Z向走刀速度20 25mm/miη ;加工端面時工件轉速80 90r/min ；加工大外徑時工件轉速50 60r/min，加工其它軸徑時工件轉速80 90r/min，最終將所有位置加工至要求尺寸；
9)最終檢驗。 實施例某渦軸航空發(fā)動機的二級葉輪，其材料為鈦合金，要求加工后的各項指標為 葉片表面粗糙度達到RaO. 4 ；
表面殘余應力要求如果應力測量值I。I彡210 MPa，那么其各點的應力變化滿足Δ σ彡60 MPa，切向應力滿足τ彡8 MPa ;如果應力測量值| σ |〈 210 MPa，那么其各點的應力變化滿足Λ σ < 30 MPa或σ /4 (兩個值中最大的)，切向應力滿足τ ^ 8 MPa ；磨削加工后表面無燒傷、無表面硬化。具體的實施過程如下
Cl)鍛造成型鍛造成毛坯；
(2)粗加工對毛坯進行粗加工，加工后余量為1mm，對基準進行粗加工，加工后的余量為O. 5mm;
(3)精加工基準精加工基準至尺寸要求；
(4)加工內孔用型號為CINCINNATILAMB HTC300的車削設備加工葉輪內孔，刀具采用強力內冷刀桿、鈦合金仿形車圓刀片，冷卻液流量2. 5m3/h，壓力18Bar;切削線速度15m/min,進給量4. 8mm/min,每次切削深度O. 05mm,最終加工至余量為O. 2mm ；
(5)加工葉片
a)裝夾工件通過加工好的基準將葉輪安裝在5軸數(shù)控銑削加工中心LX051設備上；
b)加工的刀具為錐度四齒球頭指形銑刀，其整體刀長100mm，單邊錐度4度，夾持直徑12mm,切削刃彡20mm,球頭直徑8mm,刀具探出長彡40mm ;切削深度2mm,主軸轉速2653r/min,進給量300mm/min,加工余量為O. 2mm ；
c)葉片精加工工步加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長100mm，單邊錐度4度，夾持直徑12mm，切削刃彡15mm，探出長彡40mm;切削深度O. 1臟，主軸轉速3180r/min,切削速度50m/min,進給量500mm/min ;加工至要求尺寸；
d)葉片流道精加工工步；加工的刀具為兩齒球頭銑刀，整體刀長100mm，直徑為3mm，單邊錐度4度，夾持直徑12mm，切削刃15mm，探出長40mm ;切削深度O. 1mm，切削線速度44m/min,進給量500mm/min,切削深度O. 13mm,切削寬度O. 25mm ;加工至要求尺寸；
(6)拋光用牌號為碳化硅材質的砂紙進行拋光，砂紙粒度分別為P600，至去除加工后的所有刀痕；
(7)磨粒流設備為磨粒流機，采用碳化硅復合磨料，磨料牌號MF-24S (80)-30S(80)-400 S (40)，工作溫度33 °C，工作壓力20bar，磨粒循環(huán)30次；
(8)磨削外輪廓采用碳化硅砂輪，粒度160，軟型；冷卻液流量加工外輪廓時工件轉速210r/min，砂輪Z向走刀速度22mm/min ;加工端面時工件轉速85r/min ;加工大外徑時工件轉速50r/min，加工軸徑時工件轉速85r/min最終將所有位置加工至要求尺寸；
(9)最終檢驗。最終檢驗結果為
葉片表面粗糙度達到RaO. 24 ；表面殘余應力達到I。I彡325 MPa Δ σ ^ 30 MPa, τ彡3. 26 MPa;
磨削加工后表面無燒傷、無表面硬化。
結果表明，該產(chǎn)品合格。
權利要求
1.一種鈦合金葉輪表面完整性加工方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟 1)鍛造成型鍛造成毛坯； 2)粗加工對毛坯進行粗加工，加工后余量為O.8 I. 2_，對基準進行粗加工，加工后的余量為O. 5 O. 8mm; 3)精加工基準精加工基準至尺寸要求； 4)加工內孔用數(shù)控車削設備加工葉輪內孔，刀具采用強力內冷刀桿、仿形圓刀片，冷卻液流量2. 5 3m3/h,壓力18 22Bar;切削線速度15 20m/min,進給量4. 8 5. 8mm/min,每次切削深度O. 04 O. 05mm,最終加工至余量為O. 15 O. 25mm ； 5)加工葉片 裝夾工件通過夾具支撐和壓緊加工好的基準，將葉輪安裝在5軸數(shù)控銑削加工中心設備上； 粗加工工步加工的刀具為錐度四齒球頭指形銑刀，其整體刀長90 100mm，夾持直徑為12mm，單邊錐度4度，切削刃長彡40mm，球頭直徑8mm，刀具探出長彡40mm ;每次切削深度2mm,刀具主軸轉速2500 2600r/min,進給量300 350mm/min,加工至表面余量O. 15 O.25mm ； 葉片精加工工步加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長90 100mm，夾持直徑6mm，單邊錐度4度，切削刃> 15mm，球頭直徑為3mm，探出長> 40mm ;每次進刀切削深度O. 1mm,主軸轉速3100 3200r/min,進給量500 550mm/min ;加工至要求尺寸； 葉片流道精加工工步；加工的刀具為錐度兩齒球頭指形銑刀，整體刀長90 100mm，夾持直徑6mm，單邊錐度4度，切削刃> 15mm，球頭直徑為3mm，探出長> 40mm ;每次進刀切削深度O. 15 O. 05mm,切削寬度O. 2 O. 25mm ;主軸轉速2800 3000r/min，進給量500 550mm/min ;加工至要求尺寸； 6)拋光用磨料為碳化硅材質的砂紙進行拋光，砂紙粒度分別為P600 P1000，至去除加工后的所有刀痕； 7)磨粒流加工設備為磨粒流機，采用碳化硅復合磨料，工作溫度30 35°C，工作壓力20 25Bar，磨粒循環(huán)30 50次； 8)磨削外輪廓采用碳化硅砂輪，粒度160，軟型；冷卻液流量加工外輪廓時工件轉速200 220r/min,砂輪Z向走刀速度20 25mm/miη ;加工端面時工件轉速80 90r/min ；加工大外徑時工件轉速50 60r/min，加工其它軸徑時工件轉速80 90r/min，最終將所有位置加工至要求尺寸； 9)最終檢驗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦合金葉輪表面完整性加工方法，通過設備的選擇、工序步驟的設計及參數(shù)的設置，使葉輪表面完整性達到了要求的標準，同時，為了保證葉輪表面光度的要求，采用了磨粒流表面拋光技術。本發(fā)明有效的提高了葉輪的壽命，并應用到實際的產(chǎn)品加工過程中，效果明顯。
文檔編號B23P15/02GK102922244SQ20121047465
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權日2012年11月21日
發(fā)明者田麗波, 郭君偉, 王鐵海, 劉可, 鄭洪濤, 劉金慧, 示金剛 申請人:哈爾濱東安發(fā)動機(集團)有限公司