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(dòng)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(duì)新工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了最大限度的縮短靜子葉片的單件數(shù)控加工時(shí)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(shí)間

0.引言

某型發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)自行研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代發(fā)動(dòng)機(jī)，代表著我國(guó)當(dāng)前航空工業(yè)發(fā)展水平，是關(guān)系到國(guó)防安全的重要產(chǎn)品。靜子葉片是該型發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一。隨著國(guó)家對(duì)國(guó)防投入的增加，飛機(jī)制造企業(yè)對(duì)該型發(fā)動(dòng)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(guó)防需要，我們需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上通過(guò)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(jì)要求

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

A：葉身輪廓度相對(duì)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(jì)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(lèi)型

某級(jí)靜子葉片是一種長(zhǎng)寬比較大、葉型較薄、易變形的葉片。葉片總長(zhǎng)119m， 葉片弦長(zhǎng)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(shí)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(diǎn)

葉片材料中硬度鈦合金，鈦合金材料有如下切削特點(diǎn)：

（1）變形系數(shù)小。這是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn)，變形系數(shù)小于或等于1，切屑在前刀面上滑動(dòng)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(shí)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(shí)約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)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(shí)由于鈦合金的彈性模量小，加工時(shí)在徑向力的作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動(dòng)，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(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損。

2.試驗(yàn)

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(hào)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(kù)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(dòng)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(duì)某級(jí)靜子葉片的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jiǎn)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(jí)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(shí)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

葉片的五坐標(biāo)數(shù)控加工時(shí)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(duì)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(shí)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(jí)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(shí)使用硬質(zhì)合金刀具對(duì)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(shí)間。

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