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航空整体叶盘加工对刀具提出新要求

文章来源:中国工业报 作者:杨红英 点击:次 时间:2016/8/29 13:51:09
  航空发动机零件普遍具有材料和结构的双重难加工特性,加工刀具成本高,加工质量和加工效率亦难以保证。如何有效地评估刀具的切削性能和优选刀具已成为国内航空发动机制造领域亟待解决的技术难题之一。
  为此,南京航空航天大学以航空发动机整体叶盘、机匣以及盘轴等典型零件为研究对象,提出了一种面向航空发动机典型零件的刀具性能综合评价方法,针对粗、精加工过程,选取不同的刀具性能评价指标,利用灰色系统理论分别构建了粗、精加工刀具性能综合评价模型。 
  锚定加工难点 
  钛合金和高温合金本身具有优越的综合性能,是加工航空发动机典型零件的理想材料,但典型零件包含材料和结构双重难加工性,对切削加工的刀具提出了严峻挑战。选择合适的刀具对于提高典型零件的加工效率,保证加工质量稳定性至关重要。同时,刀具材料、涂层技术和刀具结构的快速创新推动了切削加工技术的快速发展,为提高加工效率,保证加工质量和降低生产成本提供了强大支撑。因此,通过评价刀具性能来实现刀具优选就变得格外重要。 
  整体叶盘的工艺难点诸多,主要是尺寸大,范围宽,结构复杂,外径轮廓直径一般在600毫米~1200毫米之间,需要较大规格的加工设备,且整体叶片的盘和叶片采用一体化设计结构,叶片为空间自由曲面,尤其是风扇整体叶盘的叶片,为宽弦、大扭角,通道开敞性差,鼓筒与叶片连接处型面较为复杂,机械加工难度很大,确定五轴加工方式、解决多约束加工干涉、计算复杂刀轴矢量计算等至关重要问题。 
  同时,整体叶盘尺寸、形位公差和表面粗糙度设计精度高,其尺寸和形位公差一般要求在自由状态下检测,而整个加工过程零件处于限位状态,两者的状态会有一定的差异,因此,加工过程会扣严公差,导致加工难度更大。整体叶盘的叶片部分是悬臂结构,叶片壁厚又薄,整体叶盘的刚性比较弱,在加工过程中容易产生颤振和变形,因此,在夹具设计和加工工艺方面需要采取一定的措施,来解决颤振和加工变形问题以提高切削刚性。整体叶盘的材料多为钛合金或高温合金,这样的难加工材料,切削加工困难,需要选择适合整体叶盘切削加工的刀具材料、刀具结构及几何尺寸。 
  三步工艺完成 
  此次,南京航空航天大学作为研究选定的整体叶盘基准件材料为钛合金TC4,轮廓尺寸为100毫米×53毫米×63毫米,叶片高度为30毫米,最薄处小于2毫米,流道圆弧半径为480毫米,转接圆弧半径为4毫米,底部装夹高度为30毫米。 
  为了提高粗铣加工的效率和保证加工稳定性,整体叶盘基准件将叶片的自由曲面简化为直纹面来降低粗铣加工的难度,可实现四坐标铣加工叶片。该基准件忽略次要特征,包含了整体叶盘叶片和流道两种最典型结构特征。
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