大型鈦合金風扇（shàn）葉片型麵數控（kòng）加工技術的發展應用
2013-5-13 來源： 作者：
大型鈦合金風扇葉片型麵數（shù）控銑（xǐ）加工要點
按照葉片型麵總體工藝（yì）思路要求，葉片型麵的銑削加工要保證型麵的幾何位置精度基本達到設計要求水平，並具有一定的表（biǎo）麵粗糙度質量，同時加工中效（xiào）率的提（tí）高也是型麵銑削的重點工作之一。依據對大（dà）型鈦合金風扇（shàn）葉片型麵加（jiā）工特點的了解，需要綜合考慮（lǜ）設備（bèi）、刀具、加工定位等多方麵因素的影響。
對於大型鈦（tài）合金風扇葉片型麵的銑削加工，選擇（zé）五軸聯動加工中心是非常必要的。選擇成熟的五軸聯動葉片（piàn）加工中心既有高（gāo）效加工方麵的考慮，也有加工精度保（bǎo）證能（néng）力方麵的考慮。對於曲率變化較（jiào）大的（de）型麵加工（gōng），機床（chuáng）主軸的擺（bǎi）角功能能夠很好地適應型麵（miàn）曲率變化（huà）所對應的切削受力一致的要求，機床高壓冷卻係統（tǒng）使切削溫度大（dà）幅度降低，避免刀具快速磨損，使型麵加工獲得良好的加工精度和表麵加工質量。
為了防（fáng）止和（hé）減小長葉（yè）片裝夾和切削加工中產生的扭（niǔ）轉變形，要保證設備前（qián）後端（duān）裝（zhuāng）夾葉片的回轉（zhuǎn）軸具有同步回轉功（gōng）能，其目的是改變（biàn）傳統葉片加工工藝使用的一端夾緊、一（yī）端頂緊的定位裝夾方式，避免葉片裝（zhuāng）夾時產（chǎn）生的彎曲變形和（hé）葉（yè）片回轉加工時一端轉動、一端隨動而使葉片型（xíng）麵（miàn）在長度（dù）方向產生（shēng）的扭轉變形。適應於葉片定位（wèi）裝（zhuāng）夾的該（gāi）項要（yào）求，葉片尾端輔助定位（wèi）部分，相對於前端的榫頭定位基準（zhǔn）要具有嚴格的位置精度要求，在型麵粗加工完成後，對於因（yīn）應力變（biàn）形而產生的葉片前（qián）後端定位（wèi）基準之間的位置（zhì）精度誤差，要給予修複（fù）。葉片型麵加工用夾具，在安裝到（dào）機床前後兩（liǎng）端回轉軸上後，在確定機床前後兩端回轉軸不（bú）存在同心度誤差的情況下，利用專用芯（xīn）軸對前後夾具的安裝精度進行檢測調整，保證（zhèng）兩端夾具具（jù）有準確的位置精度關係，以免機床前後回（huí）轉軸的同步回轉功能因（yīn）夾具裝夾精度差而產生額外扭轉應力。
葉片型麵的粗銑加工，是為了（le）去除較大（dà）的餘量，並為精加工留均（jun1）勻的加工餘量，在此（cǐ）前提下，該工序的加（jiā）工應該保證具有高（gāo）的加工效率（lǜ）。五軸聯動葉（yè）片加工中心，具有寬行加工功能，其原理是，在銑削（xuē）葉片時，刀具中心線不垂直於被銑點或麵的切（qiē）線，而是在走刀方向上與被銑點或麵的法向成一定的角度，這種銑削采用的是（shì）圓柱型立銑刀，銑削軌跡是較寬的橢圓型弧線，與球頭刀的銑削相比，對於銑（xǐ）削出同樣的型麵波峰高（gāo）度或表麵質量而言，生成的（de）刀具路徑的（de）間距要大很多。因此，這種加工具有很高的加工效率。在實（shí）際（jì）加工中，采用在葉片長度上從一端向另一端移動（dòng）的回轉加工方式，即螺旋銑削方式，從（cóng）效率（lǜ）角度上看，螺旋銑削方式相對於縱向銑削（xuē）方式也具（jù）有更高的加工效率。
葉片型麵的精銑加工是為了獲得較高的幾何與位置精度（dù），同時使型麵的（de）粗糙度水平達到一定的要求。為了降低鈦合金（jīn）材料加工（gōng）產（chǎn）生的“回彈”影響和大麵積型麵加工時刀具磨損對加工（gōng）精度的影響，刀具必須保證鋒利，並（bìng）避免一把刀具的長時間（jiān）加（jiā）工。為此，在可能的情況下，盡量使用（yòng）端銑刀進行型麵的縱向（xiàng）銑削加（jiā）工。縱（zòng）向銑削加工可以分別使用幾把刀具進行葉背型麵、葉盆型麵（miàn）、進氣邊緣、排氣邊緣的銑（xǐ）削，避免一把刀具大麵積加工造成的磨損使葉片各處型麵加工精度水平產生不一致（zhì）現象，有利（lì）於型麵最終光精加工的進行（háng）。
在大型（xíng）鈦合金風扇轉子葉片型麵銑削加工（gōng）時（shí），為了（le）改善切削條件，所有避免刀具磨損的措施都是（shì）必要的（de）。在刀具材（cái）料、規格形式（shì）的選（xuǎn）用方麵，選擇（zé）整（zhěng）體硬質（zhì）合金帶（dài）塗層的圓柱球（qiú）型銑刀加工（gōng）葉片緣板內側麵、緣板內（nèi）側麵與型（xíng）麵轉接圓（yuán）弧、靠近緣板的過渡型麵、進排（pái）氣邊緣部位，選擇圓柱鑲（xiāng）硬質合金帶塗層刀片的端銑刀加工（gōng）葉片葉盆和葉背大麵積的型麵表（biǎo）麵。加工（gōng）鈦合金刀具的塗（tú）層（céng）材料選擇非常重要，要（yào）避免使用與（yǔ）鈦合（hé）金具有親（qīn）和性的塗層（céng）材料（liào）。目前加工鈦合金常用PVD 塗（tú）層刀具，PVD 塗層較薄而且光滑，它（tā）們附著在刀具硬質合金基體上的同時（shí）還會產生一（yī）種殘餘應力，這種應力有利於提高刀（dāo）具的抗破壞性能（néng），PVD 能夠緊密地貼於刀具上，有（yǒu）利於保（bǎo）持鋒利的切削刃外形（xíng），PVD 刀具抗磨（mó）性好，化學性質穩定，不易產生積屑瘤。加工中，要使用充足的冷卻液對刀具進行冷卻和改善摩擦影響，選擇合理的（de）切削加工參數（shù），改善切削（xuē）力影響等。
大型鈦合金風扇葉片型麵數控光精（jīng）加工特（tè）點
葉片型麵光精加工是（shì）為了保證型麵（miàn）粗糙度、波紋度滿足設計要求、材料組織（zhī）性能不產生變化，並（bìng）且加工中要保證銑加工所獲得（dé）的幾何尺寸和位置（zhì）精（jīng）度基本沒有大的改變。對於實（shí）際加工而言，葉片（piàn）型麵（miàn）精加工是在去除銑（xǐ）加工存（cún）留刀痕的基（jī）礎上，達到所要求的粗糙度、波紋度。型麵每處的單麵金屬去除量不應大於0.05mm。
目前（qián），利用（yòng）數控砂帶磨拋機床進行葉片型麵光精加工的方式，是實際加工應用較為成熟的方法，而利用數（shù）控金剛石磨輪磨削機床進行葉片型麵光精加工的方式，是正在嚐試應用的（de）一（yī）種方法。這些加工方式之所以被選擇應用是因為它們各具特（tè）點。
首先，對於數控砂帶磨拋機床加工方法而言，其具有以下特點：(1)砂帶磨削磨粒銳利（lì），磨削效率高，已達到銑削的10 倍、普通砂輪磨削的5 倍;(2) 砂帶磨削與工件摩擦較小，磨削生熱少（shǎo），砂帶周（zhōu）長較大，磨粒散（sàn）熱時（shí）間間（jiān）隔長（zhǎng），容易獲得空氣和切削液的完全冷卻，可有效減少工（gōng）件變形、避免燒傷和燒（shāo）蝕;(3)砂帶本身的柔軟（ruǎn）性和工作輪表（biǎo）麵（miàn）的橡（xiàng）膠體結構，保證砂帶磨削與工件柔性接（jiē）觸（chù），具有較好的跑合和拋光作用;(4)砂帶（dài）磨（mó）削有（yǒu）穩（wěn）定的磨具尺寸，由於砂帶依附於工作輪上進行磨削，磨具尺寸有較好的穩定性;(5)砂帶磨削不能進行大餘量（liàng）去除的（de）長時間加工，砂帶含有的（de）磨料總量有限，大餘量（liàng）去除的長時間加（jiā）工會使磨料迅速消耗掉，需要中斷加工（gōng）進行（háng）砂帶更換。
砂帶（dài）磨削的上述特點使大型鈦合金風扇葉（yè）片型麵拋光（guāng）實現程序控製條件下的（de）機械化生（shēng）產成為現實。目前（qián），用於葉片拋光的（de）數控砂帶磨（mó）削方式，有2 種方法可供選擇應用：一種是使用六軸數控砂帶磨拋機床進行加工，另一種是使用機器人數控砂帶（dài）拋光係統進行加工（gōng）。
六軸（zhóu）數控砂帶磨拋機床的運動功能類似（sì）於銑削時的五軸數控加工中心，砂帶磨削工（gōng）作輪與端銑刀加工所具有的結構差異使其在型麵加工適應葉片結構方麵，必須具有2 個方向的擺角功能。
六（liù）軸數控砂帶磨拋機床具有型麵磨削和拋光的雙重功能，功（gōng）能變換取決於動力頭在剛性磨削和浮動（dòng）磨削形式的變換。拋（pāo）光加工（gōng）時，啟動恒壓浮（fú）動機構，能夠使磨削正向壓（yā）力（lì）的變化通過壓力傳感（gǎn）器（qì）、磨削功率傳感器、恒（héng）壓（yā）氣缸等機構進行精確控製，適應每件葉片型麵尺（chǐ）寸一定範圍的差異，實現不破壞型麵精度條件下的拋磨加工。在進（jìn）行型麵磨削加工時，鎖住接觸輪浮動機構，可以進行型麵的剛性磨削加工。型麵的剛性磨削加工，可以在型麵的精（jīng）銑加工精度能力差的情況下，起到補充或代替的作用，其使用的砂帶粒（lì）度應根據（jù）餘量情況進行變換，這種加工會改變原有的尺寸位置（zhì）精度，並且相對於銑削加工，其過（guò）大的（de）餘量去除會產生較大的應力（lì）變（biàn）形。因此，在銑加工具（jù）有精（jīng）度保證能力的（de）前提（tí）下，不推（tuī）薦使用磨（mó）削功能。
機器人數控砂帶拋光方法，是由機器人拿持（chí）葉片在程序控製下作複合運動，在固定的砂帶機上進行拋光加工。其加工利用了逆向工程技術，加工前（qián），機器人（rén）拿持葉片榫頭部位進行葉片型麵輪廓尺寸的掃描檢測，然後數據處理機構生成加工控製程序，最（zuì）終在程序控製下實現（xiàn）葉片的拋光加工。目前，機器人砂帶磨削方法，因受到運動精度限製（zhì），一般隻作為型麵拋光加工的手段。
數控金剛石磨輪磨削方法屬於（yú）典型（xíng）的硬剛性磨削（xuē），其使用的機床運動機構基本與五軸（zhóu）聯動葉片銑削加工中心相（xiàng）同，而使（shǐ）用的切削工具是將立式銑刀改（gǎi）變為表麵噴塗（tú）上金鋼石粉的圓柱磨輪。磨削加工時，利用了寬行加工技術。該種（zhǒng）加（jiā）工方（fāng）式是硬剛（gāng）性磨削，由於金鋼石磨輪（lún）本身透氣（qì）性差，不能通過容（róng）留、交換冷卻液介質達到散熱的（de）效果，因此不適（shì）合對零（líng）件表麵（miàn）進行較大餘量（liàng）去除的磨削，而且（qiě）即使是去除小餘量的加工，對於鈦合（hé）金材料葉片型（xíng）麵的磨削也易產生燒傷現象，因此在利用該種方法進行鈦（tài）合金葉片型（xíng）麵加工時，必須摸索選擇非常適合的切削參數，機床冷卻方式必須非常有（yǒu）效。另外，金剛石磨輪對型（xíng）麵加工時的硬剛性磨削性質，也存在一定的接刀“棱線”，盡（jìn）管可以通過程序與磨輪規格的匹配性調整對其（qí）進行改善，但不能達到完全去除（chú），對於葉片疲勞性能的影（yǐng）響（xiǎng）是不利的，因此必須（xū）采取輔助措施進行消除表麵“棱線”的（de）補充加工，還可能需要使用數控砂帶磨拋機（jī）床進行相應程序控製下的補充加工。另外（wài），使用自由磨料（liào）性質的濕吹砂方法（fǎ）進（jìn）行補充（chōng）加工也應該是可行的方法。由（yóu）於數（shù）控金剛石磨輪磨削方法的上述特點，其加工應用還在摸索階段。
目前（qián），數（shù）控（kòng）砂帶磨拋機床方法因其多方麵（miàn）的優勢特（tè）點，正在成為大型（xíng）葉片型麵拋光加工最為適宜的方法，其綜（zōng）合性的優（yōu）勢特點還在（zài）於既可以進行幹磨削也（yě）可以（yǐ）進行（háng）濕磨削，還可以進行CO2冷（lěng）卻方式下的超低溫磨（mó）削，這對於避免大型鈦合金材料葉片型麵拋光產生燒傷、燒蝕非常有利。數控磨拋（pāo）機床的應用，改變了大（dà）型葉片型麵手工拋光勞動強（qiáng）度（dù）大的狀況，對於大型葉片生（shēng）產效率提高發揮了重要作用。
結束語（yǔ）
多軸聯動加工技術的發展應用，使大型發動機風（fēng）扇葉片型麵加工這一關鍵加工環節在精度和質量（liàng）保證能（néng）力（lì）方麵有了很大的提高，加工效率方（fāng）麵也獲得了滿意的效果，相信隨著工藝設備技術的不斷研究改進，大（dà）型（xíng）風扇（shàn）葉（yè）片型麵加工技術會朝（cháo）著機械化、自動化方向發展。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多本專題新聞
名企（qǐ）推（tuī）薦
專題點擊前十
| 更多
