1 概述
葉片作為一種復(fù)雜的透平機械零件，在航空發(fā)動機中，起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用，是提高航空發(fā)動機推重比的關(guān)鍵部件。某機靜子葉片作為薄型難加工材料的典型零件，數(shù)控加工過程中存在著嚴重的彈性變形，變形量0.10～0.25mm。為了控制和改善數(shù)控加工過程中產(chǎn)生的變形，提高數(shù)控加工精度和產(chǎn)品的合格率，根據(jù)對影響其變形及加工質(zhì)量的幾個重要因素的分析，通過大量攻關(guān)試驗，達到了對薄型難切削材料葉片加工過程中變形的控制及改善；實現(xiàn)了此類薄型葉片小余量的穩(wěn)定加工；實現(xiàn)了寬行高效數(shù)控銑削技術(shù)；達到了行業(yè)內(nèi)同類葉片數(shù)控加工的最高水平。實驗所采用的各項技術(shù)及方法也為其它薄型葉片的數(shù)控加工提供了經(jīng)驗與技術(shù)。
2 技術(shù)難點
2.1 零件類型、加工難點及特殊性
此葉片為薄型葉片，兩端為軸頸，且軸頸長度不一致。長寬比例大，材料為高溫合金，屬于難加工材料，切削時容易出現(xiàn)燒傷和彈性變形。同時，葉身的角向定位是大軸頸上寬度非常窄的小扁，夾具角向定位難且加工葉身型面過程中易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)透光。因此必須在加工系統(tǒng)剛性優(yōu)化、刀路軌跡優(yōu)化、切削參數(shù)選擇等方面進行改善，從而減小變形，提高數(shù)控加工質(zhì)量。
2.2 精度要求
設(shè)計要求的尺寸精度高，技術(shù)條件嚴格。葉身型面邊緣厚度薄，葉身輪廓度公差小，葉身型面扭轉(zhuǎn)大。
3 試驗
3.1 材料
葉片的材料為高溫合金，硬度非常大，切削加工性能較差。
3.2 設(shè)備
試驗所采用的是國外先進的高速數(shù)控銑床。該設(shè)備尾座處配備有與另一端同步轉(zhuǎn)動的U軸，在此葉片的數(shù)控加工中起很好的對心作用。
3.3 變形的控制及改善
影響葉片變形的因素主要有以下幾個方面，下面將分別對其進行分析并闡述試驗所采取的措施。
3.3.1裝夾系統(tǒng)的穩(wěn)定性及剛性對葉片變形的影響及控制
裝夾是否穩(wěn)定，重復(fù)精度如何及夾緊力的大小是影響變形的主要因素。葉片為弱剛性體，增強裝夾系統(tǒng)剛性是解決薄型葉片變形的最主要途徑。
3.3.1.1 增強裝夾系統(tǒng)剛性
以往數(shù)控加工葉身型面時，采用頂尖頂緊小軸頸處頂尖的方式，
此葉片非常薄，在頂緊力的作用下，葉身型面變形非常明顯，加工過程不平穩(wěn)。改進后采用抱緊軸頸的方式，自設(shè)U軸處夾頭（如圖1）。
葉片兩端均采用抱緊軸頸的方式且此結(jié)構(gòu)裝夾好葉片后手動將U軸坐標向拉緊小軸頸方向前進0.03mm，拉緊葉片而不是頂緊葉片的裝夾方式。采用此種方法大大加強了這種薄型易變形葉片加工精度及穩(wěn)定性，使葉片變形量減少到最小。
3.3.1.2 增強裝夾系統(tǒng)穩(wěn)定性
裝夾系統(tǒng)的穩(wěn)定性對提高數(shù)控加工合格率起著非常重要的作用。裝夾系統(tǒng)穩(wěn)定了，加工狀態(tài)一致性較好，合格率自然就得到了提高。
3.3.2切削過程是否穩(wěn)定，切削力是否均勻?qū)ψ冃蔚挠绊懠翱刂?/strong>
優(yōu)化走刀路徑，優(yōu)化加工順序，合理分布粗精加工余量，預(yù)留均勻切削載荷，是保證切削過程穩(wěn)定的主要途徑。
3.3.2.1優(yōu)化走刀路徑
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毛料邊緣余量較葉身大很多，需要編制一個切邊程序。
原程序采用沿圓弧R最邊緣法向切削一次，為粗加工留0.6余量的方式。切邊加工是葉片數(shù)控加工過程中產(chǎn)生變形量最大的一個，軸頸變形量約0.25左右�，F(xiàn)切邊程序開發(fā)出TS80軟件新功能，沿進排氣邊R表面均勻抽取三條驅(qū)動線，沿三條不同矢量方向的驅(qū)動線進行切削邊緣余量，分二次切削，余量由0.9至0.45。經(jīng)測量證實，葉片軸頸變形量約0.1左右。以此減少了切邊程序所產(chǎn)生的變形且進排氣邊余量變得更為均勻。
②合理的粗精加工
據(jù)葉片毛料的實際特點，分粗銑、精銑兩次同步進行葉身型面的加工。
粗銑部分主要是去除葉身表面的毛料硬化層，為精加工預(yù)留均勻的切削載荷，保證精銑的加工質(zhì)量。由于毛料余量不均，想完全去除硬化層，需為精加工留0.35mm的加工余量。精銑部分采用順銑的切削方法，去除的材料較均勻，且采用曲率梳較好的曲面作為驅(qū)動面，防止了加工過程中常出現(xiàn)的顫紋及凹坑等缺陷，表面質(zhì)量可以達到Ra0.8以上。
4 高效加工技術(shù)與刀具的選擇
4.1關(guān)于高效加工
高效加工最合理的解釋是：在有限的時間內(nèi)，最大限度去除材料。國外研究數(shù)據(jù)顯示，增加切削參數(shù)20 % ，約可降低單件制造成本15%。數(shù)控加工的發(fā)展就是粗加工采用寬行大切深大進給，精加工采用高轉(zhuǎn)速，高進給的高速加工。無論是粗加工還是精加工，隨著切削速度的提高，切削溫度會有下降的趨勢。這說明，采用了更高的切削速度和進給速度，允許采用較小的切削用量進行切削加工。由于切削用量的降低，切削力和切削熱隨之下降，工藝系統(tǒng)變形減小，可以避免銑削顫振。利用這一特性可以通過高速銑削工藝加工薄壁結(jié)構(gòu)零件。
4.2數(shù)控刀具的技術(shù)要求
高溫合金材料要求刀具鋒利，一般情況下宜選取較小正前角，較大后角，較大工作主偏角。對于粗加工，斷續(xù)切削容易產(chǎn)生振動的加工工序，宜采用中等顆�；蚝枯^高的超細顆粒硬質(zhì)合金；對于精加工，必須考慮切削過程對表面完整性的影響，如限制后刀面磨損帶，及時刃磨等。根據(jù)以上特點和以往經(jīng)驗，粗加工選用了Ф10R2銑刀，精加工選用了Ф10R1銑刀，切削時選擇適當?shù)睦鋮s液，加冷卻液時應(yīng)考慮充分冷卻并不間斷。
4.3切削參數(shù)與數(shù)控高效加工技術(shù)相結(jié)合
葉型粗加工大膽地采用了寬行銑削技術(shù)，根據(jù)葉型結(jié)構(gòu)特點，保證葉身不過切的情況下，給定粗加工用刀Ф10R2的前傾角為10°，允許加工后的殘留高度為0.1 mm，計算出刀具步距為3.75 mm，在理論切削參數(shù)的計算下，又提高了進給系數(shù)，進給達500mm/min，一片葉片粗加工僅用時9分鐘。精加工用刀Ф10R1的前傾角仍選用10°，允許加工后的殘留高度為0.005 mm，計算出刀具步距為0.75，進給達800mm/min，一片葉片精加工用時21分鐘。經(jīng)過計算加工效率相對于傳統(tǒng)加工效率提高了約50%，合格率達到95%。
結(jié)語
掌握了高溫合金薄型葉片的數(shù)控加工工藝；控制了加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性；有效地控制了葉片變形問題；提高了生產(chǎn)效率 。為其他高溫合金零件加工提供了寶貴經(jīng)驗。
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本文標題：某薄型葉片高效精密數(shù)控加工工藝
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