一种半开离心式具有长短叶片结构的整体叶轮高效加工方法

摘要

一种半开离心式具有长短叶片的整体叶轮高效加工方法，采用五轴数控加工方式，利用插铣、侧铣、槽铣等多种加工方法，先后经过粗加工—半精加工—精加工，选用多种不同类型的铣刀，对材质为镍基高温合金的整体叶轮进行加工成型，其在五轴数控加工中心上进行如下具体步骤：1、流道的初次粗加工；2、大叶缘8的加工；3、小叶缘9的加工；4、叶片的初次加工；5、叶片的半精加工；6、去除残料；7、叶片的精加工。本发明解决了长短叶片结构的半开离心式整体叶轮的加工难题，提高了镍基高温合金整体叶轮的加工效率和零件合格率，本发明也适用于类似的具有长短叶片结构的离心式整体叶轮的高效加工。

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机整体叶轮的加工方法，特别是涉及一种具有长短叶片结构的 半开离心式整体叶轮的高效加工方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

整体叶轮是一种非常具有代表性的复杂曲面加工的典型零件，广泛应用于航空航天、冶 金、军工、石化、电力等多个领域，是风机、发动机、压缩机、水泵等机械的核心部件。叶 轮加工质量的好坏和加工精度是否满足要求直接决定着整机性能的优劣。在整体叶轮的制造 中，由于整体叶轮结构的复杂性，其数控加工技术一直是制造业的难点，因此，有关整体叶 轮的数控加工工艺的研究工作十分活跃。专利申请号为201010611522.7的中国发明专利公开 了一种整体叶轮叶片部分五轴联动变轴插铣数控加工的方法，这种方法的特点是采用五轴联 动变轴插铣加工方式解决了自由曲面固定轴插铣后需用球头铣刀进行光整处理的难题。专利 申请号为200610125473.X的中国发明专利公开了一种整体叶轮叶片的插铣刀加工方法，这种 方法采用插铣刀同时选择基本垂直于叶片顶面弧线的进给方向进行加工，其特点在于进给方 向为刀具轴向，刀具与工件不易产生干涉，同时，刀具路径短。专利申请号为201110053225.X、 CN200610075992.X、CN200510111073.9等中国发明专利也都介绍了几种整体叶轮的加工方 法。上述专利存在的一个共同点是都没有提到被加工材料在整体叶轮加工中的重要性，只是 强调了加工工序的安排和刀具走刀路径的选择，以及所使用的刀具的选取。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种半开离心式具有长短叶片结构的整体叶 轮高效加工方法，其采用一整套由多种加工方式结合的数控加工方法，完成对材质为镍基高 温合金、具有长短叶片结构的整体叶轮的加工，解决在采用典型的难加工材料——镍基高温 合金作为坯料制造整体叶轮的过程中所存在的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种半开离心式具有长短叶片结构的整体叶轮高效加工方法，其在五轴数控加工中心上 进行如下步骤：

步骤1：整体叶轮的流道的初次粗加工——利用插铣刀粗加工流道的出气口和进气口， 利用不同直径的插铣刀粗加工左侧流道和右侧流道，利用小直径插铣刀加工左侧流道使之贯 通，利用插铣刀对左侧流道和右侧流道进行二次加工，对小叶出气口进行初次加工；

步骤2：整体叶轮的大叶缘的加工——利用整体铣刀槽铣流道底部的大叶缘，利用整体 铣刀加工大叶缘的外形，利用锥度球头铣刀对大叶缘进行半精加工和精加工，完成大叶缘的 加工；

步骤3：整体叶轮的小叶缘的加工——利用整体铣刀槽铣流道底部的小叶缘，利用整体 铣刀加工小叶缘的外形，利用锥度球头铣刀对小叶缘进行半精加工和精加工，完成小叶缘的 加工；

步骤4：整体叶轮的叶片的初次加工——利用不同直径的整体铣刀通过五轴侧铣方式对 大叶片进行初次加工，获得大叶片的正面外形，利用不同直径的整体铣刀通过五轴侧铣方式 对小叶片进行初次加工，获得小叶片的正面外形，之后，利用整体铣刀对进气口、左侧流道 和右侧流道进行二次加工，去除步骤1加工后留下的加工余量；

步骤5：所述叶片的半精加工——利用整体锥度铣刀通过侧铣方式分别对大叶片和小叶 片进行半精加工；

步骤6：去除残料——利用锥度球头铣刀精铣流道底面，去除加工区域内剩余的残料， 完成流道底面的加工；

步骤7：所述叶片的精加工——利用整体锥度铣刀通过侧铣方式分别对大叶片和小叶片 进行精加工，利用整体锥度球头铣刀分别对大叶片和小叶片进行清根处理，完成整体叶轮的 加工。

本发明所述的半开离心式具有长短叶片结构的整体叶轮高效加工方法中，该整体叶轮的 基体材料为镍基高温合金，其具有长短两种类型的大叶片和小叶片。

本发明的有益效果是：解决了以镍基高温合金这种难加工材料作为坯料的半开离心式具 有长短叶片的整体叶轮的加工问题，提高了镍基高温合金整体叶轮的加工效率和零件合格率， 对类似的难加工材料的叶轮的高效加工具有十分有意义的参考价值。

附图说明

图1为采用本发明所述方法加工的整体叶轮结构示意图。

图2为图1的叶片型线局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，阐述所述半开离心式具有长短叶片结构的整体 叶轮高效加工方法各个步骤的详细情况。

本发明所述的高效加工方法采用五轴数控加工方式，利用插铣、侧铣、槽铣等多种加工 方法，先后经过粗加工——半精加工——精加工，选用多种不同类型的铣刀，对整体叶轮进 行加工成型。请参阅图1和图2，该整体叶轮为类圆锥台状构件，其中心设有中心通孔，靠 近该中心通孔的内侧为进气口4，远离中心通孔的外侧为出气口1，在进气口4与出气口1之 间的叶轮表面上直立地设置有相间排列的长类型大叶片10和短类型小叶片11，大叶片10与 小叶片11之间为流道底面12。所述整体叶轮的基体材料为一种典型的难加工材料——镍基 高温合金。

所述高效加工方法在五轴数控加工中心上进行如下具体步骤：

步骤1：整体叶轮的流道的初次粗加工——利用插铣刀先后粗加工流道的出气口1的右 侧2和左侧3，在加工包角时应增加刀路；利用插铣刀粗加工流道的进气口4；利用不同直径 的插铣刀粗加工左侧流道5和右侧流道6；利用小直径插铣刀加工左侧流道5使之贯通；利 用插铣刀对左侧流道5和右侧流道6进行补插加工，去除残料；对小叶出气口7进行初次加 工。

步骤2：整体叶轮的大叶缘8的加工——利用整体铣刀槽铣流道底部的大叶缘8；利用整 体铣刀加工大叶缘8的外形；利用锥度球头铣刀对大叶缘8进行半精加工和精加工，完成大 叶缘8的加工。

步骤3：整体叶轮的小叶缘9的加工——利用整体铣刀槽铣流道底部的小叶缘9；利用整 体铣刀加工小叶缘9的外形；利用锥度球头铣刀对小叶缘9进行半精加工和精加工，完成小 叶缘9的加工。

步骤4：整体叶轮的叶片的初次加工——利用不同直径的整体铣刀，通过五轴侧铣方式 对大叶片10进行初次加工，获得大叶片10的正面外形；利用不同直径的整体铣刀，通过五 轴侧铣方式对小叶片11进行初次加工，获得小叶，11的正面外形；之后，利用整体铣刀对进 气口、左侧流道5和右侧流道6进行二次加工，去除步骤1加工后留下的加工余量。

步骤5：所述叶片的半精加工——利用整体锥度铣刀通过侧铣方式分别对大叶片10和小 叶片11进行半精加工。

步骤6：去除残料——利用锥度球头铣刀精铣流道底面12，去除加工区域内剩余的残料， 完成流道底面12的加工。

步骤7：叶片的精加工——利用整体锥度铣刀通过侧铣方式分别对大叶片10和小叶片11 进行精加工；利用整体锥度球头铣刀分别对大叶片10和小叶片11进行清根处理，完成整体 叶轮的加工。

本发明采用五轴数控加工的方式，通过多种铣削方式和铣削刀具的选择，解决了长短叶 片结构的半开离心式整体叶轮的加工问题，提高了镍基高温合金整体叶轮的加工效率和零件 合格率，为镍基高温合金整体叶轮的加工提供了一整套的加工方法。本发明也适用于类似的 具有长短叶片结构的离心式整体叶轮的高效加工。