航空用涡轮盘榫槽线切割加工的方法

技术领域

本发明涉及航空发动机加工技术领域，具体地说是航空用涡轮盘榫槽线切割加工的方法。

背景技术

在发动机涡轮盘分体式涡轮转子中，盘与叶片通过榫槽与榫头配合连接。涡轮盘的材料必须具有较高的屈服强度、拉伸强度、良好的热稳定性等满足高温高压高速下工作的条件。高温合金是满足高推重比发动机最好的材料。盘上榫槽的尺寸公差、形位公差要求很高。随着涡轮盘材料性能的不断提高，传统加工工艺也越来越难以满足加工要求。目前涡轮盘榫槽主要采用拉削的方法靠成型刀加工型面来完成，一方面零件结构特点形状复杂，壁薄加工时极易产生变形，给切削带来很大的困难，榫槽的尺寸公差、形位公差要求高经常超差。另一方面由于拉刀形状复杂、刚性小、易损耗、设计难度高、刀具成本高等问题。在加工过程中均会产生残余应力，残余应力的存在会对零件有很大影响，由于不稳定的残余应力的存在，一旦受到外力的作用，零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形，重新分配截面内的应力，去除外力作用后，零件就会受到内部残余应力的作用出现变形，会严重影响加工质量。

线切割加工技术作为一种特种加工技术，在许多情况下是机械加工技术无法取代的。榫槽采用慢走丝线切割加工，除了装夹轴向力外，不会像机械加工方法一样受到刀具切削力的影响，零件产生的应力变形较小，可保证较好的加工精度与表面质量。慢走丝几乎可以加工任何硬度的导电材料，适用范围广。但是涡轮盘一周有几十个多则上百个榫槽，去除材料会引起零件内部应力的释放和重新分布，导致零件变形，对加工产生影响，另外，若线切割参数设置不合理的话，产生重熔层影响榫槽的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供航空用涡轮盘榫槽线切割加工的方法，用于解决残余应力容易影响加工质量的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

航空用涡轮盘榫槽线切割加工的方法，包括如下步骤：

1)涡轮盘的毛坯件装夹，利用所述涡轮盘的内孔，采用轴向压紧的方式装夹涡轮盘的毛坯件；

2)所述涡轮盘的毛坯件角向找正，找正A轴，销棒位置垂直位于未切割工件毛坯外圆面上，A轴找正的方法为，

2.1)将所述涡轮盘的毛坯件保持水平状态，用电极丝触碰外圆的三个点，记录三个点坐标，通过作图方式求出通过这三个点的圆的圆心坐标A；

2.2)转动A轴，将工艺销棒转到+Y方向,测量芯棒根部中心坐标B；

2.3)通过计算角向孔偏离中心角度α,将A轴旋转α，使销棒处于圆心的+Y方向，A轴置零；

2.4)调整角度后，重复2.1至2.3操作2次进行确认找正精度；

3)采用线切割，在每个榫槽的加工位置处加工出至少一条用于释放应力的切缝；

4)线切割粗切所述榫槽轮廓，并留余量；

5)通过多次线切割精切榫槽轮廓到尺寸，精切后重熔层厚度≤0.0001mm。

进一步地，所述步骤2.4)进行粗切之后，单边余量为0.5mm。

进一步地，所述步骤3)中每个所述榫槽的加工位置处各设置一条切缝，切缝位于每个榫槽中心位置处，切缝底端距榫槽底部距离为0.5mm。

进一步地，所述步骤2.5)中，线切割采用的电极丝型芯材料为AC brass 900，电极丝直径为0.25mm，电极丝的拉强度为900n/mm2，电极丝的延伸率≤2％。

进一步地，所述步骤2.5)中，采用三次线切割精切榫槽轮廓，第一次精切单边留余量0.2～0.3mm；第二次精切单边留余量0.01～0.1mm；第三次精切到尺寸。

进一步地，所述第一次精切的切割速度设置为10.5mm2/min，所述第二次精切的切割速度设置为11.5mm2/min，所述第三次精切的切割速度设置为22mm2/min。

进一步地，所述第一次精切的单刀补偿量设置为155μm；所述第二次精切的单刀补偿量设置为132μm；所述第三次精切的单刀补偿量设置为131μm。

进一步地，第一次精切的偏移量设置为220μm；第二次精切的偏移量设置为140μm；第三次精切的偏移量设置为131μm。

进一步地，所述第一次精切的粗糙度设置为Ra2.8；所述第二次精切的粗糙度设置为Ra1.8，所述第三次精切的粗糙度设置为Ra0.55。

有益效果是：

本发明利用涡轮盘的内孔采用轴向压紧的方式进行装夹工件，减小了装夹应力的产生，采取轴向夹紧消除变形对榫槽加工精度的影响。通过在每个榫槽上切割出切缝，先对工件释放、消除了大部分应力，减小了后续的线切割工序应力的产生，避免工件变形。在线切割粗切之后安排多次线切割精切，可以消除切削力、夹紧力产生的应力和零件本身的残余应力，使变形发生在最后精加工之前，这样可以保证成品零件的尺寸精度和形位公差精度。在进行多次线切割精切榫槽轮廓时，通过选择合理的参数使得重熔层厚度≤0.00018mm，无需进行拉刀拉削加工。提高了加工效率，降低生产成本。通过设备旋转A轴、B轴，实现高精度斜齿涡轮盘的多角度榫槽加工。

附图说明

图1为成品涡轮盘的立体示意图；

图2为切缝位置示意图；

图中：1蜗轮盘，2榫槽，3切缝。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，成品的蜗轮盘1包括若干的榫槽2。在通过本发明加工之前，蜗轮盘的圆周方向为一个完整的圆柱。

航空用涡轮盘榫槽线切割加工的方法，包括如下步骤：

1)涡轮盘的毛坯件装夹，利用涡轮盘的内孔，采用轴向压紧的方式装夹涡轮盘的毛坯件；

2)涡轮盘的毛坯件角向找正，找正A轴(A轴是绕线切割机的Z轴旋转的轴，B轴是绕线切割机的Y轴旋转的轴只有B轴控制一个销棒)，位置垂直位于未切割工件毛坯外圆面上，A轴找正的方法为，

2.1)将涡轮盘的毛坯件保持水平状态，用电极丝触碰外圆的三个点，记录三个点坐标，通过作图方式求出通过这三个点的圆的圆心坐标A(我的理解，这里指的是A轴方向上的坐标数值-圆心的坐标数值)；

2.2)转动A轴，将工艺销棒转到+Y(用电极丝碰销棒两点，确定+Y)方向,测量芯棒根部中心坐标B(B轴方向销棒与涡轮盘交点位置坐标)；

2.3)通过计算角向孔偏离中心角度α,将A轴旋转α，使销棒处于圆心的+Y方向，A轴置零；

2.4)调整角度后，重复2.1至2.3操作2次进行确认找正精度；

3)采用线切割，在每个榫槽的加工位置处加工出至少一条用于释放应力的切缝，该切缝是贯穿坯料厚度的；

4)线切割粗切榫槽轮廓，并留余量；

5)通过多次线切割精切榫槽轮廓到尺寸，精切后重熔层厚度≤0.0001mm。

进一步地，步骤2.4)进行粗切之后，单边余量为0.5mm。

进一步地，步骤3)中每个榫槽的加工位置处各设置一条切缝，切缝位于每个榫槽中心位置处，切缝底端距榫槽底部距离为0.5mm。(这里说的底端，指的是以榫槽的深度为参照)

进一步地，步骤2.5)中，线切割采用的电极丝型芯材料为AC brass 900，电极丝直径为0.25mm，电极丝的拉强度为900n/mm2，电极丝的延伸率≤2％。

进一步地，步骤2.5)中，采用三次线切割精切榫槽轮廓，第一次精切单边留余量0.2～0.3mm；第二次精切单边留余量0.01～0.1mm；第三次精切到尺寸。

进一步地，第一次精切的切割速度设置为10.5mm2/min，第二次精切的切割速度设置为11.5mm2/min，第三次精切的切割速度设置为22mm2/min。

进一步地，第一次精切的单刀补偿量设置为155μm；第二次精切的单刀补偿量设置为132μm；第三次精切的单刀补偿量设置为131μm。

进一步地，第一次精切的偏移量设置为220μm；第二次精切的偏移量设置为140μm；第三次精切的偏移量设置为131μm。

进一步地，第一次精切的粗糙度设置为Ra2.8；第二次精切的粗糙度设置为Ra1.8，第三次精切的粗糙度设置为Ra0.55。

本发明的有益效果在于，本发明利用涡轮盘的内孔采用轴向压紧的方式进行装夹工件，减小了装夹应力的产生，采取轴向夹紧消除变形对榫槽加工精度的影响。通过在每个榫槽上切割出切缝，先对工件释放、消除了大部分应力，减小了后续的线切割工序应力的产生，避免工件变形。在线切割粗切之后安排多次线切割精切，可以消除切削力、夹紧力产生的应力和零件本身的残余应力，使变形发生在最后精加工之前，这样可以保证成品零件的尺寸精度和形位公差精度。在进行多次线切割精切榫槽轮廓时，通过选择合理的参数使得重熔层厚度≤0.00018mm，无需进行拉刀拉削加工。提高了加工效率，降低生产成本。通过设备旋转A轴、B轴，实现高精度斜齿涡轮盘的多角度榫槽加工。