一种燃气轮机转子叶片的加工方法

技术领域

本说明书涉及转子叶片加工技术领域，具体涉及一种燃气轮机转子叶片的加工方法。

背景技术

转子叶片是随同转子高速旋转的叶片，通过叶片的高速旋转实现气流与转子间的能量转换。转子叶片需要承受很大的质量惯性力、较大的气动力和振动载荷，转子叶片是直接影响发动机性能、可靠性和寿命的关键零件。转子叶片的设计、材料选择和制造都有十分严格的要求，如榫头及缘板必须保持准确的尺寸公差和光滑的表面，材料内部不允许有缺陷。转子叶片常采用钛合金模锻件毛坯和精密铸造毛坯。钛合金模锻件叶片切削加工性能差，铣削加工易产生震颤，粗糙度值大，加工难度较大。

传统的制造过程中，精铣缘板、榫头三角区加工时因缘板尺寸未加工到位会造成刀具与夹具干涉，常常会以牺牲夹具的刚性来保证缘板、榫头三角区的尺寸加工，往往造成尺寸偏差及表面质量欠佳。三角区铣削加工采用扫描铣进行，扫描铣榫头三角区耗费时间长达1个小时，且表面加工质量较差，产品质量降低。榫头和缘板分工步进行会产生0.05mm至0.10mm的接刀痕，需专门安排钳修工序保证接刀痕圆滑转接，造成了大量的人力和物力资源浪费。缘板和榫头三角区分两次装夹加工造成的累积误差导致尺寸超差率达80％，叶片因制造质量问题而导致失效的概率高。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种燃气轮机转子叶片的加工方法，以达到缩短加工时间，提高转子叶片加工尺寸精度及转子叶片外观合格率的目的。

本说明书实施例提供以下技术方案：

一种燃气轮机转子叶片的加工方法，包括如下步骤：

削平转子叶片的两端；

粗、精铣转子叶片的榫头及缘板部分；

粗铣转子叶片的叶型；

精铣转子叶片的叶型。

进一步地，粗、精铣转子叶片的榫头及缘板部分包括如下步骤：。

使用第一牛鼻刀粗绕叶片榫头去除较大的余量；

使用端面铣刀精铣榫头底面；

使用榫头成型刀分别粗加工和精加工铣削榫头；

使用第二牛鼻刀粗加工和精加工铣削榫头进出气侧；

使用第三牛鼻刀铣削榫头缘板排气侧转接的R角；

使用叶盆合金锥度圆角铣刀铣削缘板盆径向面；

使用叶盆T型焊接合金成型铣刀粗铣和精铣榫头三角区及盆缘板下侧。

进一步地，使用叶盆T型焊接合金成型铣刀粗铣/精铣榫头三角区及盆缘板下侧包括如下步骤：

使用第一叶盆T型焊接合金成型铣刀加工榫头盆侧三角区及缘板下侧；

使用第二叶盆T型焊接合金成型铣刀加工榫头背侧三角区及缘板下侧。

进一步地，转子叶片夹装于卧式加工中心。

进一步地，榫头成型刀与转子叶片的榫头尺寸相同且形状呈镜像对称。

进一步地，第一牛鼻刀的直径与转子叶片的榫头的加刀面宽度的比为1至1.2。

进一步地，端面铣刀的直径与转子叶片的榫头底面宽度比为1至1.2。

进一步地，第二牛鼻刀与转子叶片的榫头的加刀面宽度的比为1至1.2。

进一步地，第三牛鼻刀与转子叶片的榫头的加刀面宽度的比为1至1.2。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

从集成加工角度优化工艺路线，创新设计成型刀刀具增加延伸的叶根的铣削能力，优化铣削程序消除榫头伸根处接刀痕迹，使榫头和缘板铣削表面质量符合设计图要求，加工效率提高一倍；一次夹装能够消除二次装夹造成的尺寸超差，解决加工缘板、榫头三角区时刀具与夹具干涉和扫描铣造成的三角区表面质量问题及榫头和缘板分工步进行产生的接刀痕；创新设计缘板自带角度专用刀具，提高榫头及缘板尺寸合格率由20％至98％，提高榫头及缘板加工效率近100％。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例燃气轮机转子叶片的加工方法的整体流程图；

图2是粗铣和精铣榫头及缘板的流程图；

图3本发明实施例加工方法对应转子叶片加工部位的示意图；

图4是本发明实施例榫头成型刀的示意图；

图5是本发明实施例叶盆合金锥度圆角铣刀的示意图；

图6是本发明实施例叶盆T型焊接合金成型铣刀的示意图。

附图标记说明：1、榫头成型刀；2、叶盆合金锥度圆角铣刀；3、叶盆T型焊接合金成型铣刀。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

某型燃气轮机低压转子叶片为燕尾型榫齿叶片，传统机械加工工艺路线采用以下步骤加工方法加工低压转子叶片：

第一步、削平转子叶片的两端；

第二步、粗铣和精铣转子叶片的榫头及底面。粗/精铣榫头及底面加工时，榫头加工采用整体合金成型铣刀，底面加工采用直径40mm的端面铣刀；

第三步、粗铣转子叶片的缘板、榫头三角区。粗铣和精铣缘板、榫头三角区加工时分为粗铣缘板、粗铣三角区盆/背、粗铣三角区盆/背的R角；

第四步、粗铣转子叶片的叶型。粗铣叶型加工时分为拉进气边、拉排气边、粗铣叶型三步；

第五步、精铣转子叶片的缘板、榫头三角区。精铣缘板、榫头三角区加工时分为精铣进/排气边缘板面、精铣盆/背缘板面、精铣叶根的R角、半精铣盆/背下缘板、精铣盆/背下缘板、精铣出气侧圆弧；

第六步、精铣转子叶片的叶型。精铣叶型加工时分为半精铣叶型、精铣叶型。

榫头和缘板分不同步骤加工会产生0.05mm至0.10mm的接刀痕。缘板和榫头三角区分两次装夹加工造成的累积会增加加工误差。因此，本发明实施例提供了一种新的转子叶片的新的加工方法。

粗、精铣榫头及缘板加工时操作者借用粗、精铣样头该工序的工艺图纸及数控加工操作卡，按照图纸上的工艺要求按照顺序调用数控程序进行叶片加工。下面的步骤中，D为刀具直径，单位为mm。R为刀尖的倒圆，单位为mm。

按照工艺规程上的定位方式将毛料用夹具固定于卧式加工中心(卧式加工中心的型号为KH63G或HM635或HM635Ⅱ)，转子叶片的叶盆朝上，使用塞尺检查转子叶片与夹具贴合面间隙小于0.02mm，转子叶片装夹好后，找正夹具，要求用千分表检测的垂直于机床主轴的基面不平行度不小于0.02mm。毛料在卧式加工中心上仅夹装一次，避免后续因为更换装夹位置造成的加工误差。

参考图1、图2和图3，本发明实施例的燃气轮机转子叶片的加工步骤为：

S01、削平转子叶片的两端。使用铣刀将转子叶片的两端削平。

具体的，此步骤加工的部位对应图3中的(1)步骤。图3中，黑色粗线表示此步骤叶片的加工部位。

S02、粗铣和精铣叶片的榫头及缘板部分。

具体的，此步骤加工的部位对应图3中的(2)步骤。图3中，黑色粗线表示此步骤叶片的加工部位。

具体的，参考图2，粗铣和精铣叶片的榫头及缘板部分包括以下步骤：

S021、使用第一牛鼻刀粗绕榫头去除较大的余量。

第一牛鼻铣刀的规格根据榫头的大小选定，第一牛鼻刀的直径与被加工的榫头的加刀面宽度的比为1至1.2。优选的，针对本实施例的被加工的榫头的大小，采用D66mm，R6mm的牛鼻刀。

S022、使用端面铣刀精铣榫头底面。

端面铣刀的规格根据榫头的大小选定，端面铣刀的直径与被加工的榫头底面宽度比为1至1.2。优选的，针对本实施例的被加工的榫头的大小，使用直径40mm的端面铣刀精铣榫头的底面。

S023、使用榫头成型刀1分别粗加工和精加工铣削榫头。

其中，榫头成型刀1为增加延伸的叶根的铣削能力的特殊成型刀。且榫头成型刀1与榫头尺寸为1:1的镜像对称关系。榫头成型刀1要求切削刃口相对于柄部外圆圆柱刃带径向跳动小于0.012mm，切削刃口轮廓度在正负0.01mm以内。榫头成型刀1的刃带/后刀面、沟槽及柄部粗糙度为Ra0.4，榫头成型刀1的其余部分粗糙度为Ra1.2，榫头成型刀1刃部涂层为巴尔查斯TiAlN。

使用定制的榫头成型刀1能够增加延伸的叶根的铣削能力，实现转子叶片榫头及伸根的同时加工，避免扫描铣加工伸根区带来的刀具损耗、时间的浪费及表面质量的损失。优选的，根据被加工的榫头的形状大小，齿数Z设定为六齿，刃口外径为φ56mm，内径为φ26mm。

S024、使用第二牛鼻刀粗绕榫头去除较大的余量，粗加工和精加工铣削榫头进出气侧。

第二牛鼻铣刀的规格根据榫头的大小选定，第二牛鼻刀的直径与被加工的榫头的加刀面宽度的比为1至1.2，且第二牛鼻铣刀的R角需求大于加工要求R角的需求。优选的，参考本实施例的叶片转子的榫头大小，采用D20mm，R3mm的第二牛鼻刀。

S205、使用第三牛鼻刀铣削榫头缘板排气侧转接的R角。

第三牛鼻铣刀的规格根据榫头的大小选定，第三牛鼻铣刀的直径与被加工的榫头的加刀面宽度的比为1至1.2。优选的，参考本实施例的叶片转子的榫头缘板的大小，采用D66mm，R6mm的第三牛鼻刀。

S026、使用叶盆合金锥度圆角铣刀2铣削缘板盆径向面。

参考图，叶盆合金锥度圆角铣刀2的M刃口处回转型线以零件要求设计，采用齿数Z为四齿，双大齿刀、用叶背合金锥度圆角铣刀铣削缘板背径向面，其中M刃口处回转型线以零件要求设计。叶盆合金锥度圆角铣刀2要求切削刃口相对于柄部外圆轴向跳动小于0.01mm，圆柱刃带径向跳动小于0.003mm，刃带/后刀面、沟槽及柄部粗糙度为Ra0.4，叶盆合金锥度圆角铣刀2的其余部分粗糙度为Ra1.2，刃部涂层为巴尔查斯TiAlN。

采用专用的叶盆合金锥度圆角铣刀2铣削缘板盆/背径向面，叶盆合金锥度圆角铣刀2自带角度能够缩短调试时间，根据理论模型设计的专用刀具能够缩短调试时间，减少调试时的零件报废，大幅提高零件尺寸及外观合格率。

S207、使用叶盆T型焊接合金成型铣刀3粗铣/精铣榫头三角区及盆缘板下侧。

参考图，叶盆T型焊接合金成型铣刀3的M刃口处回转型线以零件要求设计，用叶背T型焊接合金成型铣刀3粗铣和精铣樵头三角区及背缘板下侧，其中，M刃口处回转型线以零件要求设计。叶盆T型焊接合金成型铣刀3要求切削刃口相对于柄部外圆圆柱刃带径向跳动小于等于0.012mm，刃带/后刀面、沟槽及柄部粗糙度为Ra0.4。

叶盆T型焊接合金成型铣刀3分为两个规格，尺寸略大的叶盆T型焊接合金成型铣刀3加工榫头盆侧三角区及缘板下侧，尺寸略小的叶盆T型焊接合金成型铣刀3加工榫头背侧三角区及缘板下侧。

采用专用的叶盆T型焊接合金成型铣刀3分别铣削榫头三角区及盆/背缘板下侧，能够避免接刀痕的产生，在提高加工效率的基础上提高零件表面的加工质量。

本发明实施例转子叶片的加工方法，工艺路线集中，先加工转子的叶片榫头及缘板下表面，再装夹转子叶片的榫头加工转子叶片叶型及流道，能够避免粗铣叶身型面时加工缘板下表面造成刀具与夹具干涉，提高生产效率。

使用专用刀具铣削缘板盆/背径向面、铣削榫头三角区及盆/背缘板下侧，根据理论模型设计的专用刀具能够缩短调试时间，减少调试时的零件报废，大幅提高零件尺寸及外观合格率。刀具设计根据不同加工内容调整刀具规格及参数，使得刀具在制造成本最小化的基础上更耐用，延长刀具寿命，降低换刀频率，提高生产效率。

上述步骤S201至步骤S207中，刀具的使用顺序可以调整，调整加工顺序满足加工需求均属于本发明保护范围之内。

S03、粗铣叶型，使用通用铣刀粗铣转子叶片的叶型。

具体的，此步骤加工的部位对应图3中的(3)步骤。图3中，黑色粗线表示此步骤叶片的加工部位。

S04、精铣叶型，使用通用铣刀精铣转子叶片的叶型。图3中，黑色粗线表示此步骤叶片的加工部位。

具体的，此步骤加工的部位对应图3中的(4)步骤。图3中，黑色粗线表示此步骤叶片的加工部位。

端面铣刀能够增加延伸的叶根的铣削能力，在完成榫头及缘板下表面的加工后，再装夹榫头加工叶型及流道，实现榫头、伸根三角区和缘板的加工一次装夹完成，做到基准统一、工序集中、节省加工步骤，达到节省加工成本的有益效果。

提高叶片质量实质上就是提高叶片的抗力，而影响叶片抗力的主要因素均应在制造过程中加以控制。本发明实施例提供的燃气轮机转子叶片的加工方法，只需要一次夹装，消除了二次装夹造成的加工叶片尺寸的偏差，解决加工缘板以及榫头三角区时刀具与夹具干涉和扫描铣造成的三角区表面质量问题及榫头和缘板分工步进行产生的接刀痕，提高榫头及缘板尺寸合格率由20％至98％，提高榫头及缘板加工效率近100％。

本发明实施例提供的燃气轮机转子叶片的加工方法从集成加工角度优化工艺路线安排，创新设计成型刀刀具图增加延伸的叶根的铣削能力，优化铣削程序消除榫头伸根处接刀痕迹，使榫头和缘板铣削表面质量符合设计图要求，加工效率提高一倍；创新设计缘板自带角度专用刀具，提高缘板尺寸合格率至98％及以上。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的方法实施例而言，由于其与系统是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。