CN114043169A - 一种航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，该加工方法首先在涡轮盘坯件(2)上沿榫槽的齿顶基准线进行线切割，形成预留有精修尺寸的榫槽，然后对预留有精修尺寸的榫槽进行磨粒流抛光，得到预定尺寸和表面粗糙度的榫槽。本发明所述的涡轮盘榫槽复合加工工艺加工精度高，省去了拉削工序，无需拉刀，加工成本大幅降低，同时线切割为无应力加工，避免了拉削时产生的大应力导致最终榫齿尺寸难以保证的问题，保证了涡轮盘榫槽加工尺寸精度要求。同时采用磨粒流去除线切割加工遗留在工件表面的再铸层和热影响区，保证了涡轮盘的使用寿命。
Description
技术领域
本发明是一种航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，涉及涡轮盘机械加工技术领域。
背景技术
涡轮盘作为发动机的核心部件，在高温高压工作中，其叶片与转子是通过榫槽与榫齿配合连接，为了保证涡轮盘的工作可靠性，要求榫槽与榫齿有极高的精度与可靠的机械性能。传统的涡轮盘榫槽加工大多采用拉削方法，但存在拉刀设计难度大、维护费时，且拉刀磨损快等问题，使得加工成本大大提升，且拉削工艺使用的拉床设备基本为进口，且价格昂贵，难以自主保障。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其目的是通过线切割加工涡轮盘榫槽，避免使用拉刀，解决了拉削时产生的大应力导致最终榫齿尺寸难以保证的问题，进一步采用磨粒流工艺将线切割遗留下来的再铸层和热影响区去除，最终确保了涡轮盘榫槽加工尺寸精度要求和使用寿命，同时提高了加工精度高，降低了加工成本。
为了实现上述目的，本发明技术方案的内容如下：
该种航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法首先在涡轮盘坯件(2)上沿榫槽的齿顶基准线进行线切割，形成预留有精修尺寸的榫槽，然后对预留有精修尺寸的榫槽进行磨粒流抛光，得到预定尺寸和表面粗糙度的榫槽。
在实施中，线切割遗留的再铸层小于0.01mm。
在实施中，榫槽预留的精修尺寸最度为0.01mm～0.02mm。
在实施中，该加工方法中的线切割加工采用数控线切割设备及钼丝完成，该设备包括转台6，安装涡轮盘坯件2的安装座1连接在转台6上，轮盘坯件2通过压块3和螺钉4固定。
进一步，该加工方法中的线切割加工中，钼丝5竖直加工，每加工完一个榫槽，将C轴旋转一个度数，该角度等于360°/涡轮盘榫槽总数，开始加工下一个榫槽，结束后，采用三坐标检测榫槽尺寸及位置度。
在实施中，该加工方法中的线切割加工中，按顺序进行粗加工尺寸、粗修第一次、半精修第二次、精修第三次。
在实施中，该加工方法中的线切割加工中，线切割加工的脉宽为10μs～40μs、脉停为60μs～200μs、电流为2A～4A。
在实施中，该加工方法中的磨粒流抛光采用碳化硅为磨粒，磨粒形状为圆柱体，磨粒速度为50m/s～100m/s。
本发明技术方案采用“线切割+磨粒流”复合加工工艺，具有加工精度高、成本低的显著优势，应用该技术进行涡轮盘榫槽加工，可避免榫槽加工变形和材料硬化的缺陷，保证了涡轮盘榫槽加工精度要求，同时采用线切割替代拉削加工，无需使用拉床和拉刀，成本大大降低。用该工艺进行涡轮盘榫槽加工探索，实现涡轮盘加工完全自主可控意义重大。对特点及有益的效果进一步说明如下：
涡轮盘是航空发动机重要的核心热端部件，其冶金质量和性能水平对于发动机的可靠性、安全寿命和性能的提高具有决定性作用，同时涡轮盘榫槽是连接涡轮工作叶片的关键连接部分，榫槽的材料组织和表面质量对发动机的安全服役至关重要。粉末高温合金因其良好的综合性能，已成为目前高性能航空发动机涡轮盘的首选材料。采用线切割+磨粒流的低应力复合工艺代替目前的拉床拉削方法加工涡轮盘榫槽，可解决拉床拉刀设计难度大、维护费时，且拉刀磨损快等问题，同时可大大降低涡轮盘榫槽加工成本，且拉削工艺使用的拉床设备基本为进口，价格昂贵，难以自主保障。但航空发动机涡轮盘用粉末高温合金属难变形高温合金，加工过程需保证其表面完整性和组织稳定性，磨粒流工艺去除粉末高温合金材料表面有限，难于超过0.02mm，因此需最大限度降低线切割对粉末高温合金材料表面组织的影响，保证因线切割产生的再铸层不宜超过0.015mm，且线切割后材料表面各处再铸层保持一致。因此确定粉末高温合金材料线切割的加工工艺与磨粒流加工的工艺参数，对保证加工后材料的组织及表面完整性尤为重要，最终确保加工后的涡轮盘榫槽满足发动机使用要求，保证航空发动机的安全服役。
通过反复的工艺摸索，粉末高温合金涡轮盘榫槽复合加工工艺中的线切割加工工艺参数为脉宽10μs～40μs、脉停60μs～200μs、电流2A～4A，磨粒流抛光采用碳化硅为磨粒，磨粒形状为圆柱体，磨粒速度为50m/s～100m/s。以上的复合工艺参数匹配可保证加工后的粉末高温合金涡轮盘榫槽表面再铸层全部去除，且保证了榫槽表面的低应力和完整性。
本发明技术方案克服了涡轮盘榫槽加工需采用昂贵的进口拉床和大量的拉刀、拉削过程中容易产生变形、尺寸发生偏差等问题，大大降低了涡轮盘的加工成本，保证了涡轮盘榫槽加工质量和实现涡轮盘榫槽加工的完全自主可控，经济和国防效应明显。
附图说明
图1是本发明中涡轮盘与工装的装配示意图。
图2是发明中涡轮盘的加工示意图。
图3FGH96合金线切割工艺优化后的大部分区域再铸层。
图4FGH96合金线切割工艺优化后的个别区域再铸层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例中采用本发明技术方案对涡轮盘榫槽的进行微应力复合加工的步骤如下：
步骤一、该加工方法中的线切割加工采用数控线切割设备及钼丝完成，依据涡轮盘2的结构形式和尺寸，确定涡轮盘2的装夹方式如图1、2所示，将安装涡轮盘坯件2的安装座1连接在转台6上，轮盘坯件2通过压块3和螺钉4固定，并保证图2中的角度φ与涡轮盘榫槽与径向夹角互补；
该加工方法中的线切割加工中，钼丝5竖直加工，每加工完一个榫槽，将C轴旋转一个度数，该角度等于360°/涡轮盘榫槽总数，开始加工下一个榫槽，结束后，采用三坐标检测榫槽尺寸及位置度；
步骤二、按图2所示进行线切割，钼丝5竖直加工，每加工完一个榫槽，将C轴旋转一个8.78°，该角度等于360°/涡轮盘榫槽总数，即360°/41，然后开始加工下一个榫槽，结束后，采用三坐标检测榫槽尺寸及位置度；
线切割加工工艺中脉宽为30μs、脉停为100μs、电流为3A，加工完后，该线切割工艺下的大部分区域再铸层为小于0.005mm，个别区域再铸层为0.012mm左右，见图3和图4所示，最终线切割形成涡轮盘榫槽预留有0.02mm厚的精修尺寸；
步骤三、将经步骤二预留有0.02mm厚的精修尺寸的涡轮盘榫槽进行磨粒流抛光，磨粒采用碳化硅，磨粒形状为圆柱体，磨粒速度为80m/s。控制磨粒速度，实现涡轮盘榫槽结构的精密加工。
Claims (8)
1.一种航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法首先在涡轮盘坯件(2)上沿榫槽的齿顶基准线进行线切割，形成预留有精修尺寸的榫槽，然后对预留有精修尺寸的榫槽进行磨粒流抛光，得到预定尺寸和表面粗糙度的榫槽。
2.根据权利要求1所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：线切割遗留的再铸层小于0.01mm。
3.根据权利要求1所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：榫槽预留的精修尺寸最度为0.01mm～0.02mm。
4.根据权利要求1所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法中的线切割加工采用数控线切割设备及钼丝完成，该设备包括转台(6)，安装涡轮盘坯件(2)的安装座(1)连接在转台(6)上，轮盘坯件(2)通过压块(3)和螺钉(4)固定。
5.根据权利要求1或4所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法中的线切割加工中，钼丝(5)竖直加工，每加工完一个榫槽，将C轴旋转一个度数，该角度等于360°/涡轮盘榫槽总数，开始加工下一个榫槽，结束后，采用三坐标检测榫槽尺寸及位置度。
6.根据权利要求1所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法中的线切割加工中，按顺序进行粗加工尺寸、粗修第一次、半精修第二次、精修第三次。
7.根据权利要求1所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法中的线切割加工中，线切割加工的脉宽为10μs～40μs、脉停为60μs～200μs、电流为2A～4A。
8.根据权利要求1所述的航空发动机涡轮盘榫槽的微应力复合加工方法，其特征在于：该加工方法中的磨粒流抛光采用碳化硅为磨粒，磨粒形状为圆柱体，磨粒速度为50m/s～100m/s。
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