CN114211030A - 一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属切削技术领域，具体涉及一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，包括测量待加工叶轮的叶片的最大叶深，得到第一测量结果；基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度；基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯；对所述叶片毛坯进行精铣，由于所述余量偏置厚度的设置，完成粗铣后的所述叶片毛坯在精铣过程中与刀尖并不会发生接触，刀具尖部不再受力，实际加工中振动与让刀量会得到有效的控制，刀具寿命显著提高，解决了传统的半精铣加工方法对刀具磨损严重，降低了刀具的整体使用寿命的问题。

Description

一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法

技术领域

本发明涉及金属切削技术领域，尤其涉及一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法。

背景技术

压缩机关重零部件大型直纹钛合金压气叶轮的加工成为至关重要的环节；

传统的半精铣加工方法通过刀具对钛合金直纹叶片进行侧刃铣的加工；

但叶轮叶片的厚度自上而下不断增大，厚度增大的同时叶片刚性也随之增加，而刀具在加工时刀具侧刃始终与叶片型面表面平行，且该类刀具本身结构较长，侧刃处成锥度，其刚性从刀具柄部向刀尖会逐级降低，然而半精加工中刀具侧刃在厚度方向上的吃刀量确是均匀的，刀尖与柄部受力相同，此时刀尖由于本身刚性的降低，加工中其让刀量会逐渐增大，从而出现不同程度的刀具振动，加速刀尖位置侧刃的磨损，严重降低刀具的整体使用寿命，降低了对刀具的利用率，因此在对钛合金直纹叶片加工过程中需要频繁更换道具，刀具更换过程耗时较长，从而降低了对钛合金直纹叶片的加工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，旨在解决传统的半精铣加工方法对刀具磨损严重，降低了刀具的整体使用寿命的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，包括以下步骤：

测量待加工叶轮的叶片的最大叶深，得到第一测量结果；

基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度；

基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯；

对所述叶片毛坯进行精铣。

其中，在基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯之后，所述方法还包括：

在精铣过程中，根据刀具振动情况，对铣削参数进行提速并归档。

其中，所述基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度的具体方式为：

基于所述第一测量结果，选取所述叶片的叶尖处对应的叶深处的最大余量偏置厚度参数，并将所述叶片的叶根余量设置为1mm。

其中，所述基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟的具体方式为：

基于所述余量偏置厚度选取刀具；

确定所述刀具对所述叶片的加工方式；

基于所述加工方式完成所述叶轮的粗铣程序编制；

通过所述粗铣程序编制进行后处理与模拟仿真。

其中，所述加工方式为五轴联动方式和定轴铣削加工方式中的任意一种。

其中，所述对所述叶片毛坯进行精铣的具体方式为：

测量所述叶片毛坯余量的厚度，得到第二测量结果；

基于所述第二测量结果确定精铣加工方法进行精铣。

其中，所述精铣加工方法为法向进刀方法。

本发明的一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，包括测量待加工叶轮的叶片的最大叶深，得到第一测量结果；基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度；基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯；对所述叶片毛坯进行精铣，由于所述余量偏置厚度的设置，完成粗铣后的所述叶片毛坯在精铣过程中与刀尖并不会发生接触，刀具尖部不再受力，实际加工中振动与让刀量会得到有效的控制，刀具寿命显著提高，解决了传统的半精铣加工方法对刀具磨损严重，降低了刀具的整体使用寿命的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明提供的一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法的流程图。

图2是基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟的流程图。

图3是对所述叶片毛坯进行精铣的流程图。

图4是叶片余量偏置厚度设置的结构示意图。

图5是叶片的叶尖、叶深和叶根的结构示意图。

图6是叶片的叶尖和叶根的结构示意图。

图7是常规余量偏置厚度设置和本发明的余量偏置厚度的对比图。

图8是上层叶尖最大变形量与叶深变化折线图。

图9是上层叶尖最大余量偏置厚度与叶深变化折线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图3，本发明提供一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，包括以下步骤：

S1、测量待加工叶轮的叶片的最大叶深，得到第一测量结果；

具体的，大型钛合金直纹叶轮叶片从结构上可以很直观的判断出所述叶片最大叶深位于叶轮叶片进气端，如图5所示，技术人员需按图5所示测量出待加工叶轮叶片的最大叶深。

S2、基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度；

具体方式为：基于所述第一测量结果，选取所述叶片的叶尖处对应的叶深处的最大余量偏置厚度参数，并将所述叶片的叶根余量设置为1mm。

具体的，假使某待加工叶轮叶片深度为205mm，此时该叶轮叶片的叶尖处的最大余量参数可设置为3.1mm，叶根余量设置为1mm。通过这种粗铣余量厚度的设置方法，在叶轮叶片整体的半精铣削过程中，3mm-1mm这个大余量去除的厚度区域内铣削时，锥度球头铣刀尖端侧刃将不会接触到叶片表层毛坯，如图4所示，整体刀具的受力因为加工过程中刀尖的空出而显著降低，更进一步的，刀尖受力的大幅度降低也促使让刀量得到有效的控制，加工中振动显著降低，刀具使用寿命增加，同时，振动的有效控制也意味着加工过程中进给速率与吃刀量更大的优化可调空间，效率的提升将变得可行。

不同叶深下的余量设置方法：

1、所述叶片上层(叶尖)最大余量的确定

所述叶片上层最大余量即为叶尖处的余量偏置厚度，具体位置如图8所示，该厚度的大小与大型钛合金叶轮叶片深度密切相关，常见的大型钛合金叶轮叶片的普遍深度在150mm-250mm之间，所述叶片深度越大，上层叶尖的刚性就会越弱，根据公司以往大型钛合金叶轮加工经验，所述叶片深度为150mm的大型钛合金叶轮在粗铣完成释放应力后上层叶尖最大变形量可达1.5mm，随着叶轮的所述叶片深度的不断增大，上层叶尖变形量也会出现相应变化，具体关系如图8所示。

实际加工中为了保证叶片铣削的轮廓精度，叶片最大余量偏置厚度必须大于对应叶深的最大叶尖变形量，考虑叶轮叶片铣削的常规余量厚度，本次发明将该最大余量偏置厚度同比叶尖变形量的增值确定为1mm，不同叶片深度上层叶尖最大余量偏置厚度参数设置如图9所示。

2、叶片下层(叶根)最小余量的确定

叶片下层最小余量即为叶根处的余量偏置厚度，具体位置如图6所示，大型钛合金叶轮叶片叶根厚度大，刚性好，加工时该区域叶片基本不存在变形，常规的1mm余量即可满足该区域叶片型面成型的最终铣削，本次发明将大型钛合金叶轮中不同深度叶片的叶根最小余量偏置厚度确定为1mm。

S3、基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯；

所述基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟的具体方式为：S31、基于所述余量偏置厚度选取刀具；

S32、确定所述刀具对所述叶片的加工方式；

具体的，所述加工方式为五轴联动方式和定轴铣削加工方式中的任意一种。

S33、基于所述加工方式完成所述叶轮的粗铣程序编制；

S34、通过所述粗铣程序编制进行后处理与模拟仿真。

具体的，所述叶片的叶尖和叶根余量参数设置完成后编程人员根据相邻叶片之间叶尖和叶根不同深度处不同的型腔宽度选取合适的刀具采取常规的五轴联动或定轴铣削加工方式完成该叶轮的粗铣程序编制，并将粗铣编制的程序进行对应机床的后处理与模拟仿真，确保模拟加工中无碰撞干涉等报警后方可将该程序传入机床进行叶轮粗铣，得到叶轮叶片毛坯。

S4、根据所述刀具振动情况，对铣削参数进行提速并归档。

具体的，在对所述叶片进行实体加工过程中，现场技术人员可根据刀具振动情况对铣削参数进行进一步提速，根据提升后的叶片精铣效率与刀具寿命，对优化后的参数进行归档，从而指导后续同类产品的加工，实现降低大型钛合金直纹叶片叶轮精铣刀具成本，提高精铣效率的目标。

S5、对所述叶片毛坯进行精铣；

具体方式为：S51、测量所述叶片毛坯余量的厚度，得到第二测量结果；

S52、基于所述第二测量结果确定精铣加工方法进行精铣。

具体的，所述精铣加工方法为法向进刀方法。由于所述余量偏置厚度的设置，完成粗铣后的所述叶片毛坯在精铣过程中与刀尖并不会发生接触，刀具尖部不再受力，实际加工中振动与让刀量会得到有效的控制，刀具寿命显著提高，使得大型钛合金直纹叶片精铣刀具平均寿命提升率均大于30％以上。

有益效果：

1、余量的递减式转换：

本发明突破传统余量设置均匀的束缚，根据零件材料与结构的加工特性将大型钛合金叶轮的的半精加工余量设置方式进行了阶梯式设置的转换，大幅度的降低了加工过程中的刀尖受力，减小了刀具振动，提高了刀具寿命，解除了半精加工进给速率提升的限制空间，加工效率的提升变得可行。

2、粗铣刀具的可优化性增加：

请参阅图7，(图7中，左为传统的余量偏置厚度设置方法，右为本发明的余量偏置厚度设置方法)相邻所述叶片之间为一上大下小的开放式行腔，同比传统加工方式中上下一致的粗铣所述余量偏置厚度设置方式，传统叶轮粗铣时为了避免叶轮叶片因为深度过大在热处理释放应力后产生较大变形影响到叶片最终的精铣成型，叶片表面所留余量必须足够大，该叶轮叶片粗铣所留余量为3mm。实际加工中该类钛合金叶轮由于叶片较长，半精刀具加工的一次性叶片厚度方向去除量小于0.5mm，从3mm的粗铣余量加工至0.2-0.3mm的精铣余量，期间铣削的轮数大于5次，总体时间过长，在传统的半精加工中，一把刀具在寿命期间所能完成该种加工方式的叶片铣削小于一个轮次，刀具消耗过大，成本过高，而且该类长度较大的锥度球头铣刀刀具本身价格高昂，成本控制势在必行。本发明中针对叶片深度逐层缩减的所述余量设置方式能在一定程度上增大叶片根部行腔的宽度，传统粗铣过程中由于根部过窄而无法选用较大的刀具完成粗铣的情况在本发明的铣削过程中将得到改善，上层毛坯开粗的大刀具所加工的深度将得到增大，下层叶根之间行腔在毛坯粗铣时将能选用更大直径，刚性更好的刀具，同比传统效率得到提升。

3、半精刀具有效利用率增加：

所述余量偏置厚度设置方式充分的考虑了刀具结构的强度变化，有效的利用了刀具的上层接近柄部区域的刚性高的特点，避免了常规使用过程中由于刀具过长，尖端刚性较低所引起的刀具受力振动与磨损加剧的情况，延长了刀具的使用寿命。

4、半精加工效率得到提升：

所述余量偏置厚度设置方式中，半精加工采用传统的0.5mm以内的吃刀厚度时，刀具不会存在明显的振动与尖端侧刃磨损过快的情况，刀具受力大幅度降低的同时，传统的吃刀厚度与进给参数变得可调，根据刀具的实际应用情况，更大的吃刀厚度与更快的进给速率能够有效的运用到我们的实际生产中。

以上所揭露的仅为本发明一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量待加工叶轮的叶片的最大叶深，得到第一测量结果；

基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度；

基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯；

对所述叶片毛坯进行精铣。

2.如权利要求1所述的提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，在基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟，并使用所述刀具对所述叶片进行实体加工，得到叶片毛坯之后，所述方法还包括：

根据所述刀具振动情况，对铣削参数进行提速并归档。

3.如权利要求1所述的提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，所述基于所述第一测量结果，设置所述叶片的叶尖和叶根的余量偏置厚度的具体方式为：

基于所述第一测量结果，选取所述叶片的叶尖处对应的叶深处的最大余量偏置厚度参数，并将所述叶片的叶根余量设置为1mm。

4.如权利要求1所述的提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，所述基于所述余量偏置厚度选取刀具进行粗铣程序编制模拟的具体方式为：

基于所述余量偏置厚度选取刀具；

确定所述刀具对所述叶片的加工方式；

基于所述加工方式完成所述叶轮的粗铣程序编制；

通过所述粗铣程序编制进行后处理与模拟仿真。

5.如权利要求4所述的提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，

所述加工方式为五轴联动方式和定轴铣削加工方式中的任意一种。

6.如权利要求1所述的提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，所述对所述叶片毛坯进行精铣的具体方式为：

测量所述叶片毛坯余量的厚度，得到第二测量结果；

基于所述第二测量结果确定精铣加工方法进行精铣。

7.如权利要求6所述的提高钛合金直纹叶片半精铣刀具使用寿命的加工方法，其特征在于，

所述精铣加工方法为法向进刀方法。

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