焊接葉盤組合件加工探析

程衛(wèi)祥

摘 要：本文論述的是焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤組合件的加工方法。所介紹的零件為發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)風(fēng)扇三級(jí)焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤組合件。零件材料為鈦合金材料，通過葉片、葉環(huán)、盤焊接而成。本文從零件精度要求、加工工藝路線介紹了葉盤整體情況，從葉銑削、車削加工中的零件裝夾、程序編制、加工參數(shù)、刀具選用和切削用量等方面介紹了加工方案。

關(guān)鍵詞：整體葉盤；數(shù)控銑；焊接；數(shù)控車

中圖分類號(hào)：V261 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著制造技術(shù)的不斷提高，在航空領(lǐng)域上整體葉盤作為一種新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在新研制的高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了推廣應(yīng)用，是新一代發(fā)動(dòng)機(jī)必需的關(guān)鍵技術(shù)。

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家整體葉盤技術(shù)在幾十年前就已經(jīng)開始研究，現(xiàn)在已在高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。

1 研究目標(biāo)

1.1 目的

焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤研究的主要目的就是突破焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤的制造技術(shù)，積累焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤的加工經(jīng)驗(yàn)，掌握下一代發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)。

1.2 零件類型

該零件焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤類零件，該零件全部以焊接連接，有41片葉片焊接成葉環(huán)，然后葉環(huán)和盤再焊接成整體葉盤。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 葉盤組合件加工工藝

2.1.1 精度及技術(shù)要求

焊接結(jié)構(gòu)整體葉盤組合件尺寸精度要求高，尺寸精度為IT7級(jí)，非配合表面的尺寸精度為IT8～I(xiàn)T10級(jí)。幾何形狀精度要求嚴(yán)格，葉根流道處輪廓度0.02。相互位置精度要求基準(zhǔn)面A和B之間的垂直度為0.02mm，內(nèi)孔對(duì)A、B的跳動(dòng)量為0.03mm。外圓對(duì)基準(zhǔn)面的跳動(dòng)量為0.03mm?？椎奈恢枚葹?.1mm。表面粗糙度要求Ra0.8。

2.1.2 零件的加工工藝

根據(jù)該零件屬薄壁零件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易變形，材料加工性差，而且尺寸精度高、相互位置精度高等特點(diǎn)。制定如下工藝方案（1）：

首先將零件的加工余量分兩個(gè)階段去除：第一個(gè)階段在零件焊接前除去大部分加工余量，為防止焊接變形，給精加工留1mm～2mm的加工余量。第二個(gè)階段除去剩余的加工余量，包括葉片部位的加工余量、盤上面的加工余量。

特種工藝的安排：由于該零件為焊接件，增加超聲波檢查、腐蝕檢查等檢查內(nèi)容安排在單件上進(jìn)行，在組合件上只進(jìn)行熒光檢查。在焊接后消除應(yīng)力，安排真空熱處理工藝。

精銑葉片：由于零件剛性差，加工余量少，精度要求高，加工過程易變形。因此加工中要選用精密的機(jī)床，同時(shí)選擇合理的工藝裝備和工藝參數(shù)。

3.1.3 葉盤組合件工藝路線

焊接→焊后檢查→尺寸檢查→修復(fù)基準(zhǔn)→鉆基準(zhǔn)孔→ 切斷工藝凸臺(tái)→精銑葉片→精車盤→鉆鏜孔→修磨葉尖→拋光→熒光檢查→測(cè)頻→檢驗(yàn)。

3.2 葉盤組合件銑削加工

葉片型面復(fù)雜、扭角大、精度高。葉片銑削時(shí)需要五軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行加工，葉片長(zhǎng)度為120mm，因此在銑削時(shí)，刀具易顫動(dòng)，剛性不好。所以加工中需要解決五坐標(biāo)編程問題，刀具顫動(dòng)問題，零件變形問題。為解決以上問題，在數(shù)控銑削中做出以下安排：

3.2.1 零件的裝夾

為保證夾緊力和防止零件變形，在加工中采用專用工裝裝夾，加工前找正內(nèi)徑跳動(dòng)量不大于0.015mm，端面跳動(dòng)量不大于0.015mm，定好基準(zhǔn)面，壓緊面、角向基準(zhǔn)。

3.2.2 編制五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑削程序

在整個(gè)銑削過程中，數(shù)控銑削程序編制是最復(fù)雜的。首先確定銑削加工方案，根據(jù)銑削余量2mm，將銑削分為粗銑加工和精銑加工。根據(jù)加工部位將銑削過程分為銑削葉片葉身，銑削流道，清根加工3種方式。在編程中銑削方式采用螺旋式銑削、點(diǎn)接觸銑削，由于數(shù)據(jù)量大，采用軟件編程，編程方式參考UGCAM教程（2）。

同一把刀具可以連續(xù)銑削3片～5片葉片，銑削葉片長(zhǎng)度在0.1個(gè)葉身長(zhǎng)度，這樣可以保證在銑削過程中避免由于換刀造成接刀痕出現(xiàn)；刀具進(jìn)給采用變速切削模式，在銑削葉片靠近進(jìn)排氣邊緣時(shí)，切削速度減半，這樣可以避免刀具在刀軸角向變化過大時(shí)，過切或欠切削零件，保持切削速度的穩(wěn)定。

刀具的選用：在選擇加工刀具時(shí)應(yīng)考慮被加工零件表面形狀、工件材料的性質(zhì)；零件的加工精度及所選用的設(shè)備、冷卻液等因素。在加工葉身型面時(shí)需用三把種刀具才能完成整個(gè)零件的銑削任務(wù)。

粗銑刀具：刀具為鑲齒式硬質(zhì)合金銑刀，主要由于刀片便宜，可以降低加工成本，又能滿足加工要求，刀具長(zhǎng)度160mm，刀具直徑ф16，半徑r8。

精銑刀具：選擇精度高，剛性好的整體硬質(zhì)合金銑刀，刀具長(zhǎng)度160mm，刀具直徑ф16，半徑r8。

清根加工：由于葉片根部半徑的限制，刀具半徑不能超過葉片根部的半徑值。為此只能選用刀具的切削部位為ф10的球頭銑刀，但是由于刀具長(zhǎng)度過長(zhǎng)160mm，這樣長(zhǎng)的刀具在加工時(shí)必然由于刀具剛性不好引起振動(dòng)。為此需要設(shè)計(jì)專用的切削刀具，減少刀具振動(dòng)等不利因素。解決這個(gè)問題在加工中可以采用球頭角度銑刀，也可以采用閉式葉盤的加工方法，在銑削葉片根部時(shí)，從葉片的進(jìn)排氣邊緣分別進(jìn)刀，這樣就可以縮短刀具的長(zhǎng)度，但增加了接刀痕等不利因素。如何克服這些不利因素，需要在實(shí)踐中繼續(xù)探索和試驗(yàn)。

數(shù)控程序編制：由于是五軸聯(lián)動(dòng)，而且是點(diǎn)銑加工。因此在編制程序時(shí)需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，必須采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序計(jì)算。在編制程序過程中我們采用了一種專用的編程軟件，可以快速的、高質(zhì)量的完成數(shù)控程序的編制工作，大大的提高了編程效率和編程質(zhì)量。

數(shù)控設(shè)備：五坐標(biāo)加工中心，工作臺(tái)行程在1000mm以上，擺頭角度90°～-30°，也可以選用帶有翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的加工中心，翻轉(zhuǎn)角度0°～90°，設(shè)備精度要求較高，這樣才能滿足加工要求。

3.3 葉盤組合件車削加工

葉盤組合件車削主要是保證盤體的尺寸及其精度要求，以及盤與葉片之間的相對(duì)位置精度等要求。如何保證精度要求，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)和研究。在刀具選型，制定走刀方式，加工方法等方面需要全面考慮。

3.3.1 零件的裝夾

葉盤車削加工同銑削一樣，在加工中采用專用工裝裝夾，在加工中需要替換壓板，因此應(yīng)注意換壓板時(shí)造成零件的移動(dòng)。

3.3.2 刀具的選用

根據(jù)被加工零件表面形狀，零件的加工精度。在加工盤型面時(shí)用三把種刀具才能完成整個(gè)零件的車削任務(wù)。

車端面刀具：由于端面開放性好，因此可以選用刀片強(qiáng)度高的刀具，刀具為機(jī)夾式硬質(zhì)合金80°菱形刀片，也可以采用焊接硬質(zhì)合金刀片。

車型面刀具：由上圖可以看出，盤的型面復(fù)雜，加工精度高，因此選擇精度高，剛性好的30°菱形刀片。

車槽刀具：在加工葉盤過程中，有兩種類型的槽。一種是端面槽，一種是徑向槽。這兩種槽都比較深，開放性不好，因此可以選用專用車刀進(jìn)行車削。

車徑向槽刀片參數(shù)為：刀片厚度5mm， ф6球頭槽刀刀片，材料為硬質(zhì)合金。

車徑向槽刀柄：90°鑲嵌式機(jī)夾刀柄。

車端面槽刀片參數(shù)為：刀片厚度5mm， 刀片寬度5mm，刀尖半徑r0.4槽刀刀片，材料為硬質(zhì)合金。

車端面槽刀柄：鑲嵌式機(jī)夾刀柄。

3.3.3 切削用量

在制定切削用量時(shí)根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、被加工零件的材料性質(zhì)、刀具耐用度等因素來(lái)確定。車型面采用沿輪廓走刀，進(jìn)給量0.1 mm/r ～0.3mm/r。車槽采用插銑方式走刀，進(jìn)給量0.1 mm/r ～0.15mm/r。

結(jié)論

經(jīng)過課題小組的研究，在盤零件上面試驗(yàn)，成功地加工出了盤的型面；在五坐標(biāo)設(shè)備上試驗(yàn)加工葉片型面時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量基本滿足要求。

參考文獻(xiàn)

[1]姜雪梅.盤軸制造技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[2]謝國(guó)明.UGCAM實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.