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沈陽泰恒通用科技有限公司公司以“著眼軌道交通設備,開發鈦合金應用技術”為發展理念,以鈦合金貨架,鈦合金螺絲,鈦合金絲為主打產品,公司先后與中國北車集團、南車集團旗下公司建立了良好的合作關系,并在車輛輕量化、替代進口產品等方面開展了廣泛的合作。

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集成刀片加工工藝的探索與實踐
發布時間:2018-12-11 15:29 來源:沈陽泰恒通用科技有限公司 閱讀:
整體葉片盤是西方發達國家80年代中期在航空發動機設計中采用的最新結構和氣動布局,是實現結構創新和技術跨越的核心部件。整體式葉片盤(圖1)采用整體式葉片盤和輪盤結構,消除了傳統連接中采用的榫頭、榫頭和鎖緊裝置,減輕了結構重量和零件數量,避免了榫頭的空氣損失。簡化了發動機結構,整體葉片圓盤是航空發動機的關鍵部件。航空發動機的快速發展對葉片盤的轉速、工作溫度和壓力提出了更高的要求,這就要求葉片盤從幾何結構、材料性能到制造精度{1-2}都有很大的提高。
    
     在整體葉片盤的制造過程中,各種近成形工藝和精密成形工藝相互滲透,形成了整體葉片盤的復合制造工藝。每種工藝都有其優點和局限性,不能用一種方法代替所有其他的工藝方法。
    
     整體葉片盤主要由難加工材料如高溫合金和鈦合金制成。圓盤的輻條和葉片是薄的,葉片的懸臂是長的。它們是典型的弱剛性部件。高溫合金和鈦合金在加工過程中具有圓盤和刀片兩種工藝特征,容易產生振動和變形。
    
     在高溫合金中,鎳基高溫合金在高速銑削過程中的高應變率、高溫、高壓和循環載荷是顯著的特征。鋸齒形切屑容易產生,造成切削載荷的周期性波動,從而加劇刀具磨損,引起切削過程中的顫振。
    
     目前,國內外許多學者對鈦合金、高溫合金等難加工材料進行了大量的實驗和理論研究。然而,這些研究大多集中在單一切削過程中材料的變形機理和工具的磨損機理上,忽略了零件的幾何特性,而孤立地考慮材料的切削機床。對于表面復雜、加工精度高、表面質量好的鎳基高溫合金和鈦合金刀片,有必要根據加工特性和幾何結構對切削機理進行研究。鈦基和鎳基高溫合金的應力分布決定了整個葉片盤的質量,這很少有報道。
    
     國外葉盤制造技術主要包括五軸數控銑削技術、精密電化學加工技術、線性摩擦焊接加工技術等,其中等溫模鍛+五坐標數控銑削是一種開發周期較短的工藝。而且效果快。
    
     由于刀盤幾何尺寸精度高,技術要求嚴格,因此,在機械加工中,除了使用普通設備進行粗沖裁階段外,為了保證精加工余量的均勻性,數控車床加工中心還應用于輪盤的EMI加工和精加工階段。
    
     整體葉片盤的制造主要涉及兩類設備:數控車床和五坐標加工中心,數控車床用于加工輪盤零件,加工中心用于加工葉片零件,五坐標加工中心用于完成葉片加工。整個葉片輪輻的跳動公差為0.02mm,輪輻板的厚度公差為0.05m,葉片的扭轉公差為5'-15',加工表面與設計基準的跳動公差為0.05mm。表面粗糙度低。例如,葉片表面粗糙度值Ra為0.4m{3}。由于葉片盤幾何尺寸精度高,技術要求嚴格。因此,在機械加工中,除了一般用于粗沖階段的設備外,還要確保翅片的均勻性。在半精加工階段,采用數控加工中心加工葉片零件,由于其特殊的結構,需要五軸復合運動才能完成葉片加工,粗加工后采用五坐標加工中心。
    
     機械加工設備的基本功能和精度是:高定位精度和重復定位精度;強大的內外冷卻功能;在線刀具測量(車削中心);五軸加工中心主軸仰角擺動功能。
    
     整體式刀盤結構復雜,加工難度大,如薄壁輻條型材和密封蓖麻齒等,使得車削加工困難。2)和可轉位夾持刀具根據材料和結構特點。
    
     陶瓷刀具在高溫合金刀片車削加工中的應用:陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨、耐熱性好、化學穩定性好、不易與金屬粘結等特點,已成為制造高硬度刀具的主要材料之一。高速切削高溫合金陶瓷刀具的核心是充分利用陶瓷材料的高溫特性,提高切削速度,使切削熱不斷積累,提高切削區溫度,軟化鐵屑,制備角質。雖然陶瓷的韌性和耐磨性不同于硬質合金,但是陶瓷的高溫穩定性遠不及硬質合金刀具的高溫穩定性。
    
     (2)陶瓷的耐磨性不如硬質合金好。如果多次采用等切削深度,在刀片與零件的接觸點處會出現與刀片垂直的溝槽磨損。因此,我們必須盡力不斷地改變刀片和工件之間的接觸點。該方法有效地延長了葉片的使用壽命。
    
     (3)與硬質合金相比,陶瓷材料仍較脆,在切削過程中應堅決消除振動現象,機床要求有足夠的動力,主軸轉動平穩,進給均勻,車削時必須保證有足夠的冷卻劑。在任何時候。冷卻劑不會降低切削區的溫度,但可以大大提高刀具壽命。冷卻液必須倒在切削表面上。
    
     (4)在下一次切割之前,必須檢查刀片是否需要更換。在粗加工時,必須充分利用平刃,不要草率地決定放棄平刃。在確認不能切割之前,可以繼續使用平刃。
    
     (1)刀具結構的選擇。在整體葉片盤的粗加工中,應盡可能選擇直徑較大的刀具,這不僅保證了刀具的剛度,而且有助于提高加工效率。工具的直徑應小于整個流動路徑的最小寬度,工具的長度應適當,以避免干擾葉片輪廓。
    
     (2)刀具選型。由于刀片懸臂長、扭轉大、刀片間加工區域窄、刀具可拆卸范圍小、加工區域約束復雜,在加工過程中刀具的矢量方向變化劇烈;葉片越長,刀具長徑比增大,加工引起的變形和應力也增大,振動問題難以解決,嚴重影響加工效率和表面質量。刀具的切削進給速度,進而提高加工效率,在刀片精加工階段采用六刃刀具有利于提高加工效率。
    
     (3)刀具參數的選擇。由于通道的限制,要求刀具直徑小,刀桿長度長,施加切削力時會產生振動,刀具與刀片的耦合振動嚴重影響表面加工。刀片的質量,使刀片表面出現魚鱗狀缺陷,容易使刀尖加工不充分,解決的方法是根據刀具的力優化刀軸矢量,使優化的后刀軸沿刀片均勻過渡。根據不同結構零件的剛度,確定加工參數,協調刀片和刀具的剛度。刀具一般工作在剛度控制區和共振區。當刀具長度較短且刀具剛度較強時,刀具工作在剛度控制區。刀具長度越長,其剛度越差,系統向回轉方向的顫振越慢。NANCE區域,導致顫動。因此,刀具長度越大,越容易產生顫振,不能恢復到穩定性{4}。在實際應用中,使用熱膨脹刀架可以減少刀架直徑和刀具長徑比,提高刀具的剛度;球頭銑刀能有效地提高銑刀的剛度,從而實現對刀具系統振幅的控制,減少銑削顫振。銑刀對殘余應力應予以考慮。銑刀結構參數的優化應保證銑削殘余應力低的要求。對于難加工材料,刀具的前角可選擇在8~12之間。
    
     多軸數控銑削技術具有響應速度快、可靠性高、加工靈活性好、加工相對簡單、生產準備周期短等優點,是整體葉盤制造業新產品開發的首選加工方法。通用電氣、PW在美國、英國RR、法國SNECMA、德國MTU、俄羅斯SALUT等公司在整體式葉片盤研制的早期和大批量生產非高溫合金葉片盤中廣泛采用了該技術。國內的銑削效率與國外的銑削效率差距很大,葉片的加工難度很大,主要是加工應力、變形和振動等問題難以解決。如果再對整個葉片盤進行加工,則加工應力和振動將顯著增加。因此,在整個葉片盤的加工過程中,加工應力和振動都會降低,加工過程也會減少,振動是整個葉片盤加工的關鍵。
    
     整個葉片盤通道窄而復雜,葉片扭曲,粗物料去除率高。傳統的可轉位銑刀經常用于槽銑削加工。該加工方法對鋁合金、不銹鋼、甚至鈦合金葉片圓盤均有效。近年來,Z軸銑削法,即鑲片銑削法,已應用于整個葉片盤的加工。刀具系統的剛性。在刀具的插入和切削過程中,沿刀具徑向仍存在一定的切削力。隨著機床、刀具、技術的發展,側銑在精密機械中的應用越來越廣泛,側銑在切削寬度變化時刀具的徑向力波動較大,在動態徑向力的沖擊下,容易引起刀桿的失穩。葉片的加工過程中,葉片的厚度是動態變化的。弱剛度變剛度葉片側銑的穩定性難以保證,加工過程的穩定性建模既要考慮機床和工具的剛度,又要考慮工件的動態剛度。在弱剛度葉片側銑加工過程中,變剛度葉片側銑的穩定性建模是葉片精加工成功的關鍵,目前,利用整體葉片盤高效去除葉片盤式轉輪大余量的技術研究較多。實現了鉆、銑、插、銑三階段高效開槽技術的飛躍,效率不斷提高。通過提取加工區域,對工件進行定位和定位,優化余量,對數控加工過程中的變形誤差進行自適應控制,實現發動機葉片盤的精密加工。
    
     (1)采取有效措施控制加工變形。目前國際上普遍采用的方法是在葉片通道之間填充材料,以減少切削彈性變形。針對葉片盤的特殊結構,可以采用工藝填充法,即減振填充法。用于控制葉片盤的變形。相應的材料填充在葉片通道之間。常用的填充材料有松香、石蠟、低熔點合金等。在葉片通道中填充材料,可以提高葉片的剛度,減少葉片在銑削過程中的變形和振動,提高加工精度和表面質量。F葉片可改進。
    
     (2)選擇合適的刀具和切削參數,如果切削參數選擇不當,會導致切削力過大和彈性變形過大,不僅降低了葉片加工的尺寸精度,而且降低了葉片的表面質量。通過優化和固化刀片數控銑削的切削參數,可以解決這一問題。
    
     (3)采用變形補償技術,該數控補償加工可以提高葉片加工精度,提高加工效率,采用預補償技術修正規定的精加工余量,適合薄壁高速精銑加工。D葉片能有效地減小變形。
    
     (4)優化葉片銑削的余量分布和加工順序,通過優化葉片半精加工的余量分布和加工順序,可以有效地抑制葉片加工的顫振現象。從切削力的優化和工件剛度的優化出發,通過改變余量分布,可以有效地改善車削工藝。
    
     整體式刀盤的仿真主要是對數控程序進行翻譯,對機床、夾具、毛坯、刀具、零件等進行裝配,并對加工過程進行仿真。解決了刀具、夾具、主軸及零件的試切問題,縮短了試切時間,實現了刀盤銑削、車削中不試切,實現了加工程序的優化。
    
     VERICUT軟件是一種特殊的數控加工仿真軟件,它能夠在VERICUT環境下模擬加工的全過程,優化刀具路徑??捎行П苊饬慵砻娴倪^度切削、零件、夾具和工具之間的碰撞、刀具與零件之間的干涉,實現非試切零件的工藝驗證。
    
    

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