一種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，具體步驟是：備料→粗加工葉輪毛坯外形→熱處理→人工時效→半精加工葉輪外形→冰冷→鉆定位孔→五軸聯(lián)動粗加工→自然時效→五軸聯(lián)動精加工→鉗→數(shù)控車→線切割→鉗→動平衡。采用本發(fā)明的工藝技術(shù)方法，對鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造，其葉片形狀完整，變形量小，葉片葉面刀紋光滑順暢，動平衡去質(zhì)量小，合格率高。實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)整體葉輪零件的工藝提升，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計要求，提高了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品的可靠性。
【專利說明】
一種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及整體葉輪零件的加工制造工藝，尤其涉及一種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天動力系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的日漸增多及其制造精度要求的不斷提高，該些零件的制造工藝趨于嚴(yán)苛。其中，復(fù)雜曲面整體葉輪零件是該類產(chǎn)品中最為復(fù)雜的一類零件之一，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、軍事、船舶、尖端醫(yī)療設(shè)備及高端工業(yè)工程裝備領(lǐng)域，其整體加工質(zhì)量不僅影響部件效率，更直接關(guān)系到部件的可靠性。由于該類回轉(zhuǎn)體零件葉冠曲面、葉片葉面及葉輪流道形狀均由復(fù)雜曲面構(gòu)成，且葉片厚度越來越薄，葉片高度愈加伸長，葉片高度和葉冠與葉根最厚處平均厚度比值極大。該類葉輪工況需滿足高轉(zhuǎn)速、大推重比、高性能要求，其曲面誤差小、精度高，動平衡時去質(zhì)量少。因此，采用傳統(tǒng)銑削工藝方法加工復(fù)雜曲面往往出現(xiàn)以下不良情況:
[0003](I)從毛坯材料投入到加工完成的整個工藝過程中材料去除率高達(dá)90%以上，少數(shù)葉輪高達(dá)95%，加工的產(chǎn)品在切削過程中受較大的切削力、切削熱以及金屬纖維的斷裂及變形影響，造成整體葉輪、葉片曲面及流道曲面變形量較大，嚴(yán)重影響整體葉輪的動平衡性能和產(chǎn)品性能，嚴(yán)重時則會導(dǎo)致葉片出現(xiàn)裂紋或引起超薄葉片前、尾緣崩裂、卷曲；
[0004](2)精加工后輪盤尺寸不均勻，軸孔的圓度和同軸度等超差嚴(yán)重；
[0005](3)整體葉輪葉片越靠近葉冠部分剛性越差，超長葉片在切削過程中產(chǎn)生強烈的切削振動，導(dǎo)致葉片過切、欠切、表面粗糙度降低并嚴(yán)重影響銑削效率；
[0006](4)整體葉輪動平衡去質(zhì)量較大，超轉(zhuǎn)試驗破損率較高。
[0007]隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品零件的設(shè)計形狀越來越特殊，對產(chǎn)品的制造效率、制造質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)品性能要求也越來越高，傳統(tǒng)的制造工藝技術(shù)對于超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪在制造工藝過程中存在的上述問題，而提供一種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝技術(shù)方案，用于提高超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪零件制造精度，保證其制造質(zhì)量穩(wěn)定性。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0010]—種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，具體步驟主要包括:備料—粗加工葉輪毛還外形—熱處理—人工時效—半精加工葉輪外形—冰冷—鉆定位孔—五軸聯(lián)動粗加工—自然時效—五軸聯(lián)動精加工—鉗—數(shù)控車—線切割—鉗—動平衡。
[0011]具體工藝方法:
[0012]步驟一:備料:
[0013]準(zhǔn)備切削性能良好的硬鋁合金鍛件棒料，該硬鋁合金鍛件棒料的尺寸:直徑方向大于整體葉輪零件成品直徑20?60_，高度方向大于整體葉輪零件成品1mm?20mm。
[0014]步驟二:粗加工葉輪毛坯外形:
[00?5 ] 粗車削葉輪毛還料外形，直徑方向預(yù)留余量15?45mm，其他部分預(yù)留余量I?5mm ；粗鉆軸孔，軸孔預(yù)留余量0.5?1.5mm。
[0016]步驟三:熱處理:
[0017]熱處理，保證洛氏硬度HRC彡30。
[0018]步驟四:人工時效:
[0019]將工件加熱到160°C ± 5°C，6?8小時保溫后隨爐冷卻，或在空氣中冷卻。
[0020]步驟五:半精加工葉輪外形:
[0021]找正端面及徑向跳動量<0.05mm，半精加工整體葉輪外形，直徑方向預(yù)留余量5?25mm，其他部分預(yù)留余量0.5mm?2mm ；精鍵軸孔，預(yù)留余量0.3mm?0.5mm。
[0022]步驟六:冰冷:
[0023]從常溫冷卻至溫度-60°C ±5°C，并保持2?4小時。
[0024]步驟七:鉆定位孔:
[°°25] 找正零件端面及徑向跳動量<0.05mm，鉆I個Φ 4?Φ 8的定位孔。
[0026]步驟八:五軸聯(lián)動粗加工:
[0027]采用自制整體葉輪裝夾夾具，該夾具下端設(shè)夾頭，中心鉆有與葉輪零件軸孔相同大小的通孔，并且該夾具上設(shè)有與被夾持的葉輪零件上的定位孔相同數(shù)量、位置和直徑的另一個或另一些定位孔，以便定位銷連接，從而便于葉輪加工在換面裝夾時進行角向定位。
[0028]使用三爪卡盤夾持該夾具并配合定位芯軸及壓緊螺母進行整體葉輪零件的裝夾，形成一裝夾系統(tǒng)，之后使用壓板和墊塊將該裝夾系統(tǒng)固定于機床工作臺平面中心，找正零件端面及徑向跳動量<0.05_，粗銑葉輪葉片及流道，并預(yù)留0.3?Imm余量，葉冠曲面部分留5?25mm不加工，加工時需沖洗大量冷卻潤滑液;之后換面裝夾，粗加工另一面葉輪葉片及流道，預(yù)留0.3?Imm余量，葉冠曲面部分留5?25mm不加工。在本發(fā)明的一些實施例中，若葉輪結(jié)構(gòu)允許一次裝夾即可粗加工完畢，則無需換面裝夾。
[0029]步驟九:自然時效:
[0030]粗銑后的葉輪零件放置在水平的平臺上，常溫下靜置24小時以上，進行自然時效。
[0031]步驟十:五軸聯(lián)動精加工:
[0032]采用與步驟八相同的裝夾工具和裝夾方法進行裝夾，形成一裝夾系統(tǒng)，之后將該裝夾系統(tǒng)固定于機床工作臺平面中心，找正零件端面及徑向跳動量<0.05mm，精銑葉輪的葉片、流道及葉片根部圓角，接刀痕均布且<0.1mm，葉片根部圓角不得有振刀現(xiàn)象，葉冠曲面部分留5?15_不加工。加工時需噴灑大量冷卻潤滑液。
[0033]步驟^^一:鉗:
[0034]鉗工去除毛刺，修正以上步驟產(chǎn)生的接刀痕使其平滑過渡。
[0035]步驟十二:數(shù)控車:
[0036]保證端面及徑向跳動量<0.05mm，用數(shù)控車工藝精車夾頭端面、精鏜軸孔。
[0037]步驟十三:線切割:
[0038]使用線切割機床將葉冠曲面部分預(yù)留的余量進行一次性切除。
[0039]步驟十四:鉗:
[0040]鉗工去除毛刺，拋光如拋光葉冠曲面，汽油清洗。
[0041 ]步驟十六:動平衡校正:
[0042]對整體葉輪進行動平衡優(yōu)選是反復(fù)的動平衡并去質(zhì)，使其達(dá)到所需的平衡精度。
[0043]本發(fā)明的有益效果是:
[0044]本發(fā)明提供的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，通過以上工藝步驟的選擇和順序設(shè)置，對鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝進行了改進和提升，制造得到的整體葉輪葉片形狀完整，變形量小，葉片葉面刀紋光滑順暢，動平衡去質(zhì)量小，合格率高;并且，本發(fā)明實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)整體葉輪零件的工藝提升，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計要求，提高了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品的可靠性。
【附圖說明】
[0045]圖1是本發(fā)明實施例的超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪零件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2是本發(fā)明實施例加工至步驟十二時超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪零件半成品的示意圖；
[0047]圖3是本發(fā)明實施例的超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪零件制造過程中的五軸加工裝夾尚J視圖；
[0048]圖中:A.超長葉片整體葉輪，B.定位銷，C.夾具，D.定位芯軸，E.壓緊螺母，F(xiàn).三爪卡盤。
【具體實施方式】
[0049]下方結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0050]實施例1
[0051]本實施例是制造如附圖1所示的超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪，零件直徑261.9mm，輪轂直徑108mm，高度38mm，葉片葉冠最大厚度1.36mm，最薄處0.39mm，葉片圓周分布葉片數(shù)量為Z = 8片，整體葉輪工況需滿足高轉(zhuǎn)速、大推重比、高性能的要求，曲面輪廓度要求高，動平衡性能好。
[0052]本實施例的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝技術(shù)方法，主要包括以下步驟:
[0053]步驟一:備料:
[0054]備Φ 310mm X 50mm的鋁合金鍛料。
[0055]步驟二:粗加工葉輪毛坯外形:
[0056]粗車削葉輪毛還料外形，徑向預(yù)留25mm余量，其余預(yù)留2mm余量。粗鉆葉輪軸孔，孔徑留Imm余量。
[0057]步驟三:熱處理:
[0058]熱處理，保證材料HRC彡30。
[0059]步驟四:人工時效:
[0060]將工件加熱到160°C，8小時保溫后隨爐冷卻。
[0061]步驟五:半精加工葉輪外形:
[0062I找正端面及徑向跳動量彡0.05mm，半精加工整體葉輪外形，直徑方向預(yù)留余量20mm，其他部分預(yù)留余量0.5mm ；精鍵軸孔，預(yù)留余量0.5mm。
[0063]步驟六:冰冷
[0064]從常溫冷卻至-60°C ±5°C，并保持4小時。
[0065]步驟七:鉆定位孔:
[0066]找正零件端面及徑向跳動量彡0.05mm，鉆I個Φ 6的定位孔，用于定位銷定位。
[0067]步驟八:五軸聯(lián)動粗加工:
[0068]采用自制整體葉輪裝夾夾具C，該夾具下端設(shè)夾頭，中心鉆有與葉輪零件軸孔相同大小的通孔，并且該夾具上設(shè)有與葉輪零件上的定位孔相同數(shù)量、位置和直徑的另一定位孔，以便定位銷B連接，從而便于葉輪加工在換面裝夾時進行角向定位。
[0069]使用三爪卡盤F夾持該夾具C并配合定位芯軸D及壓緊螺母E進行整體葉輪零件A的裝夾，形成一裝夾系統(tǒng)，之后使用壓板和墊塊將該裝夾系統(tǒng)固定于機床工作臺平面中心，找正零件端面及徑向跳動量<0.05mm，粗銑葉輪葉片及流道，并預(yù)留0.3mm余量，葉冠曲面部分留9mm不加工。加工時需沖洗大量冷卻潤滑液。之后換面裝夾，粗加工另一面葉輪葉片及流道，預(yù)留0.3mm余量，葉冠曲面部分留9mm不加工。
[0070]步驟九:自然時效:
[0071]粗銑后的葉輪零件放置在水平的平臺上，常溫下靜置48小時，進行自然時效。
[0072]步驟十:五軸聯(lián)動精加工:
[0073]采用與步驟八相同的裝夾工具和裝夾方法進行裝夾，形成一裝夾系統(tǒng)，之后將該裝夾系統(tǒng)固定于機床工作臺平面中心，找正零件端面及徑向跳動量<0.05mm，精銑葉輪的葉片、流道及葉片根部圓角，接刀痕均布且<0.1mm，葉片根部圓角不得有振刀現(xiàn)象，葉冠曲面部分留9_不加工。加工時需噴灑大量冷卻潤滑液。
[0074]步驟^^一:鉗:
[0075]鉗工去除毛刺，修正以上步驟產(chǎn)生的接刀痕使其平滑過渡。
[0076]步驟十二:數(shù)控車:
[0077]保證端面及徑向跳動量<0.05mm，用數(shù)控車工藝精車夾頭端面、精鏜軸孔，得到如圖2所示的零件。
[0078]步驟十三:線切割:
[0079]使用線切割機床將葉冠曲面部分預(yù)留的余量進行一次性切除，得到圖1所示的整體葉輪零件。
[0080]步驟十四:鉗:
[0081]鉗工去除毛刺，拋光葉冠曲面，汽油清洗。
[0082]步驟十六:動平衡校正:
[0083]對整體葉輪進行反復(fù)的動平衡并去質(zhì)，使其達(dá)到所需的平衡精度。
[0084]本發(fā)明和本實施例通過以上制造工藝方法，對鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造進行了改進和提升，制造的整體葉輪的葉片形狀完整，變形量小，葉片葉面刀紋光滑順暢，動平衡去質(zhì)量小，合格率高;并且，本發(fā)明的制造方法實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)整體葉輪零件的工藝提升，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計要求，提高了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品的可靠性。
[0085]以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權(quán)項】
1.一種鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，主要包括以下步驟:備料4粗加工葉輪毛還外形4熱處理4人工時效4半精加工葉輪外形4冰冷4鉆定位孔4五軸聯(lián)動粗加工4自然時效4五軸聯(lián)動精加工—鉗4數(shù)控車4線切割4鉗—動平衡。2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述備料為:準(zhǔn)備切削性能良好的硬鋁合金鍛件棒料，所述硬鋁合金鍛件棒料的尺寸直徑方向大于整體葉輪零件成品直徑20?60mm，高度方向大于整體葉輪零件成品I Omm?20mm ο3.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述粗加工葉輪毛坯外形為:粗車削葉輪毛坯料外形，直徑方向預(yù)留余量15?45mm，其他部分預(yù)留余量I?5mm ；粗鉆軸孔，軸孔預(yù)留余量0.5?1.5mm。4.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述熱處理步驟保證洛氏硬度HRC彡30。5.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述人工時效為:將工件加熱到160°C±5°C，6?8小時保溫后隨爐冷卻，或在空氣中冷卻。6.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述半精加工葉輪外形為:找正端面及徑向跳動量<0.05mm，半精加工整體葉輪外形，直徑方向預(yù)留余量5?25mm，其他部分預(yù)留余量0.5mm?2mm;精鍵軸孔，預(yù)留余量0.3mm?0.5mmο7.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述冰冷為:從常溫冷卻至溫度-60°C ± 5°C，并保持2?4小時。8.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述五軸聯(lián)動粗加工為:找正零件端面及徑向跳動量<0.05mm，粗銑葉輪葉片及流道，并預(yù)留0.3?Imm余量，葉冠曲面部分留5?25mm不加工，加工時沖洗大量冷卻潤滑液;之后換面裝夾，粗加工另一面葉輪葉片及流道，預(yù)留0.3?Imm余量，葉冠曲面部分留5?25mm不加工;或，若葉輪結(jié)構(gòu)允許一次裝夾即可粗加工完畢，則無需換面裝夾； 所述五軸聯(lián)動精加工為:找正零件端面及徑向跳動量<0.05mm，精銑葉輪的葉片、流道及葉片根部圓角，接刀痕均布且<0.1mm，葉片根部圓角不得有振刀現(xiàn)象，葉冠曲面部分留5?15_不加工，加工時噴灑大量冷卻潤滑液。9.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述自然時效為:粗銑后的葉輪零件放置在水平的平臺上，常溫下靜置24小時以上，進行自然時效。10.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料超長葉片復(fù)雜曲面整體葉輪的制造工藝，其特征在于，所述數(shù)控車為:保證端面及徑向跳動量<0.05mm，用數(shù)控車工藝精車夾頭端面、精鏜軸孔。
【文檔編號】B23P15/02GK105904169SQ201610288290
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】吳雁, 呂博鑫, 陳青云, 鄭剛, 張杰人
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院