靜子葉片小余量數(shù)控加工研究

【摘 要】本文以提高某新型發(fā)動機(jī)機(jī)靜子葉片的數(shù)控加工效率作為研究目的，闡述了新工藝的技術(shù)參數(shù)，對新工藝進(jìn)行實驗實現(xiàn)了最大限度的縮短靜子葉片的單件數(shù)控加工時間，達(dá)到了提升葉片廠靜子葉片的制造能力。

【關(guān)鍵詞】葉片;切削刀具;數(shù)控加工;切削參數(shù)優(yōu)化;數(shù)控加工時間

0.引言

某型發(fā)動機(jī)是我國自行研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代發(fā)動機(jī)，代表著我國當(dāng)前航空工業(yè)發(fā)展水平，是關(guān)系到國防安全的重要產(chǎn)品。靜子葉片是該型發(fā)動機(jī)的重要部件之一。隨著國家對國防投入的增加，飛機(jī)制造企業(yè)對該型發(fā)動機(jī)的需求逐年增加，靜子葉片的生產(chǎn)量也是逐年增大，為了滿足國防需要，我們需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)工藝以提高其生產(chǎn)制造能力。

1.研究目標(biāo)

1.1設(shè)計要求

葉片形狀和尺寸包括截面及型面坐標(biāo)點要求按設(shè)計所提供文件。

A：葉身輪廓度相對理論輪廓允許增厚0.05mm至0.15mm。

B：安裝板與葉身型面的位置度及空間角度滿足設(shè)計要求，葉型沿Y向允許偏移±0.05mm，繞Z軸允許扭轉(zhuǎn)±10'。

C：緣板余量0.05mm至0.1mm。

1.2 零件類型

某級靜子葉片是一種長寬比較大、葉型較薄、易變形的葉片。葉片總長119m， 葉片弦長21.13mm至23.22mm，葉身扭角-2.33°至2.12°，葉身最大厚度1.53mm至2.67mm，葉片進(jìn)氣邊R0.18mm至R0.29mm，葉片排氣邊R0.06mm至R0.17mm。

1.3預(yù)期達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量指標(biāo)

在保證靜子葉片尺寸公差和形位公差合格的情況校將葉身加工時間由每件55分鐘減小到每件35分鐘。

1.4葉片材料的切削特點

葉片材料中硬度鈦合金，鈦合金材料有如下切削特點：

（1）變形系數(shù)小。這是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數(shù)小于或等于1，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。

（2）切削溫度高。由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小，切削時產(chǎn)生的熱量不易傳出，切削溫度很高。

（3）單位面積上的切削力大。主切削力幣切鋼時約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位面積上的切削力大大增加，容易造成刀具崩刃。同時由于鈦合金的彈性模量小，加工時在徑向力的作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此，要求工藝系統(tǒng)有足夠的剛性。

（4）冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦合金的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損。

2.試驗

2.1材料

葉片毛料為模鍛件，葉身余量為0.5mm，材料為中硬度鈦合金。

2.2設(shè)備

采用瑞士斯達(dá)拉格公式型號為SX-051的臥式加工中心，進(jìn)行加工。主要參數(shù)為，主軸轉(zhuǎn)數(shù)15000r/min，A軸旋轉(zhuǎn)速度1200r/min，定位精度0.0015mm，刀庫60把，重復(fù)定位精度0.01mm。該設(shè)備采用數(shù)控伺服驅(qū)動系統(tǒng)，精度高、性能穩(wěn)定、加工范圍廣，適用于葉片型面加工。

2.3 工藝方案

2.3.1裝夾方式

對某級靜子葉片的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，裝夾方式采用小扁角向定位，抱緊大軸徑，再使用頂針壓緊小軸頸頂針孔的方式。

這種裝夾方式裝夾手法簡單，零件裝夾剛性足夠，能滿足一次切削0.6mm余量的要求，為提高葉片的數(shù)控加工效率奠定了良好的基礎(chǔ)，該夾具通用與某級靜子葉片裝夾。

２.3.2數(shù)控加工方案

原程序分粗、精加工進(jìn)行銑削葉身，且精加工時步距較密，現(xiàn)改為葉身一次銑削加工完成。改變后的數(shù)控加工為：1號程序名為roughing LE，選用T10刀，余量為0.6mm，進(jìn)給為800mm/min，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為3800r/min。2號程序名為roughing TE，選用T10刀，余量為0.6mm，進(jìn)給為800mm/min，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為3800r/min。3號程序名為Hub Platform Rou，選用T8刀，余量為0.4mm，進(jìn)給為900mm/min，步距為1.76mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為3900r/min。4號程序名為Hub PlatformFin，選用T5刀，余量為0.2mm，進(jìn)給為900mm/min，步距為0.3mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為3900r/min。5號程序名為Fin.in.hub side，選用T5刀，余量為0.15mm，進(jìn)給為1100mm/min，步距為0.5mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為6300r/min。6號程序名為FINISHING AIRFOIL，選用T10刀，余量為0.1mm，進(jìn)給為1300mm/min，步距為1.5mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為3800r/min。7號程序名為Shd Platform Rou選用T8刀，余量為0.45mm，進(jìn)給為900mm/min，步距為1.0mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為3900r/min。8號程序名為Shroud Platform Fin，選用T7刀，余量為0.45mm，進(jìn)給為900mm/min，步距為1.0mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為4500r/min。9號程序名為Fin.shroud side，選用T7刀，余量為0.15mm，進(jìn)給為1300mm/min，步距為0.6mm，主軸轉(zhuǎn)數(shù)為5400r/min。

２.4實驗結(jié)果

葉片的五坐標(biāo)數(shù)控加工時間由每件55分鐘減少到了25分鐘。

３．結(jié)果討論與分析

原程序分粗、精加工進(jìn)行銑削葉身，主要是由于原毛料葉身單面余量1.5mm以上，新工藝對毛料余量進(jìn)行了調(diào)整，單面余量調(diào)整到了0.5mm～1mm范圍，這種情況下葉身可以實現(xiàn)一次切削到0.1mm以下，且由于一次完成葉身加工，刀具的損耗也大幅降低。改進(jìn)工藝前每把銑刀加工5件，現(xiàn)在每把銑削葉身的刀具可以加工7件。

4.結(jié)論

某級靜子葉片這種小型葉片，葉身余量精鍛到1mm以下后，使用硬質(zhì)合金刀具可以一次完成葉片的精加工，從而避免粗加工，同時使用硬質(zhì)合金刀具對加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以大幅度節(jié)省零件的加工時間。

【參考文獻(xiàn)】

［１］劉艷．葉片制造技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2002，(9).

［２］吳小虎．葉片型面數(shù)控加工誤差分析與修正方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

［３］顏克輝，孔詳志等．五軸聯(lián)動葉片加工中心發(fā)展現(xiàn)狀及其結(jié)構(gòu)特點[J].金屬加工，2001，(02):24-26.

［４］張寧菊．高速切削刀具研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2005，(12):12-14.

［５］康文利，周文輝．鋁合金薄壁零件高速加工關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2010，(01):14-15.

［６］劉玉娟．航空發(fā)動機(jī)葉片制造技術(shù)研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2009.