原位自生型TiB₂顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法，用于解決現(xiàn)有復(fù)合材料葉片切削加工方法的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先采用單面銑削的方式完成葉片型面粗銑加工，完成粗銑加工后采用時(shí)效處理工藝平衡切削殘余應(yīng)力；然后，將葉片固定于專用夾具上，采用螺旋銑削方式交替完成葉盆、葉背型面上各區(qū)域的半精銑加工，并采用時(shí)效處理工藝消除葉片殘余應(yīng)力；最后，重新將葉片固定于夾具上，同樣采用螺旋銑削方式交替完成葉盆、葉背型面上各區(qū)域的精銑加工。由于采用螺旋銑削方式完成葉背、葉盆型面的半精加工和精加工，有效抑制了加工過程中的扭曲變形，提高了復(fù)合材料葉片的加工精度。
【專利說明】
原位自生型TiB2顆粒増強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料葉片切削加工方法，特別涉及一種原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]原位自生TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱TiB2/Al復(fù)合材料)是一種新型顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞等特性，整體性能接近鈦合金，但密度比鈦合金減小1/3。因此TiB2/Al復(fù)合材料成為替代鈦合金用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)葉片的理想備選材料之一，然而該材料壓氣機(jī)葉片切削加工方法尚為空白。
[0003]現(xiàn)有的葉片單面銑削工藝，分別在半精加工和精加工工序中，或先加工葉背型面，或先加工葉盆型面。采取這種走刀方式，由于葉背、葉盆型面殘余應(yīng)力的重分布，葉片呈現(xiàn)明顯的彎扭變形，從而導(dǎo)致葉尖和前后緣等局部區(qū)域精加工余量的不足，即所謂的“缺肉”現(xiàn)象。對(duì)于TiB2/Al復(fù)合材料葉片，由于TiB2增強(qiáng)顆粒的存在，導(dǎo)致其應(yīng)力分布狀態(tài)更為復(fù)雜，殘余應(yīng)力引起的加工變形更為嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有復(fù)合材料葉片切削加工方法精度差的不足，本發(fā)明提供一種原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法。該方法首先采用單面銑削的方式完成葉片型面粗銑加工，完成粗銑加工后采用時(shí)效處理工藝平衡切削殘余應(yīng)力;然后，將葉片固定于專用夾具上，采用螺旋銑削方式交替完成葉盆、葉背型面上各區(qū)域的半精銑加工，并采用時(shí)效處理工藝消除葉片殘余應(yīng)力;最后，重新將葉片固定于夾具上，同樣采用螺旋銑削方式交替完成葉盆、葉背型面上各區(qū)域的精銑加工。由于采用螺旋銑削方式完成葉背、葉盆型面的半精加工和精加工，可有效抑制加工過程中的扭曲變形，提高了復(fù)合材料葉片加工精度。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:一種原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟:
[0006]步驟一、下料。
[0007]分析葉片尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取葉片鍛造毛還尺寸為160mmX65mmX45mm，并在兩端數(shù)控鉆頂尖孔。
[0008]步驟二、粗車上、下端基準(zhǔn)軸。
[0009]在數(shù)控車床上，以頂尖孔及毛坯兩端為基準(zhǔn)粗車上端基準(zhǔn)軸4和下端基準(zhǔn)軸5，形成粗銑加工的基準(zhǔn)。粗車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ20mmX 14mm, Φ30mmX21mm;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差在0.03mm以內(nèi)。
[0010]步驟三、粗銑葉片型面。
[0011]針對(duì)車軸后的方形毛坯，采用單面銑削方式粗銑葉背、葉盆型面，粗銑加工余量為
1.5mm?2mm。粗加工刀具為Φ 16mm硬質(zhì)合金球頭銑刀，切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速800r/min，進(jìn)給615111111/111；[11，切深1111111，切寬10111111。
[0012]步驟四、粗銑時(shí)效處理。
[0013]將粗銑后的葉片浸入溫度為-196±5°C的液氮中，保持40?45min;將葉片從液氮中取出，置于120°C恒溫時(shí)效處理爐中保溫30?35min;然后將葉片從時(shí)效處理爐中取出，室溫冷卻。
[0014]步驟五、研孔、半精車上、下端基準(zhǔn)軸。
[0015]將粗銑時(shí)效處理后的葉片裝夾在數(shù)控車床上，半精車上端基準(zhǔn)軸4和下端基準(zhǔn)軸5，形成半精銑加工的基準(zhǔn)。半精車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ 16mm X 14mm，Φ 26mm X21mm;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差在0.02mm以內(nèi)。
[0016]步驟六、半精銑葉片型面。
[0017]將葉片毛坯固定于夾具6上，采用螺旋銑削方式進(jìn)行半精銑加工，半精銑加工余量為0.5mm?0.8mm。半精銑刀具為Φ 12mm金剛石球頭銑刀，切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速1800r/min，進(jìn)給360臟/111；[11，切深0.4111111，切寬81111]1。
[0018]步驟七、半精銑時(shí)效處理。
[0019]將半精銑后的葉片浸入溫度為-196± 5°C的液氮中，保持40?45min;將葉片從液氮中取出，置于120°C恒溫時(shí)效處理爐中保溫30?35min;然后將葉片從時(shí)效處理爐中取出，
室溫冷卻。
[0020]步驟八、研孔、精車上、下端基準(zhǔn)軸。
[0021]將半精銑時(shí)效處理后的葉片裝夾在數(shù)控車床上，精車上端基準(zhǔn)軸4和下端基準(zhǔn)軸5，形成精銑加工的基準(zhǔn)。精車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ 12mmX 14mm, Φ22_Χ21_;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差在0.0lmm以內(nèi)。
[0022]步驟九、精銑葉片型面。
[0023]再次將葉片毛坯固定于夾具6上，采用螺旋銑削方式加工進(jìn)行精銑加工，精銑加工余量為0.02mm?0.05mm。精銑加工刀具為Φ 12mm金剛石球頭銑刀；切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速2000r/min，進(jìn)給500mm/min，切深 0.2mm，切寬 8mm。
[0024]步驟十、拋光。
[0025]對(duì)精銑加工后的葉片，進(jìn)行拋光處理。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明方法首先采用單面銑削的方式完成葉片型面粗銑加工，完成粗銑加工后采用時(shí)效處理工藝平衡切削殘余應(yīng)力；然后，將葉片固定于專用夾具上，采用螺旋銑削方式交替完成葉盆、葉背型面上各區(qū)域的半精銑加工，并采用時(shí)效處理工藝消除葉片殘余應(yīng)力;最后，重新將葉片固定于夾具上，同樣采用螺旋銑削方式交替完成葉盆、葉背型面上各區(qū)域的精銑加工。
[0027]由于采用螺旋銑削方式完成葉背、葉盆型面的半精加工和精加工，有效抑制了加工過程中的扭曲變形;采用時(shí)效處理工藝，可在保持材料性能的基礎(chǔ)上有效地平衡切削過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高了復(fù)合材料葉片加工精度;每次加工前重新車削加工基準(zhǔn)軸，有效防止前次加工振動(dòng)引起的加工基準(zhǔn)偏置。
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法的流程圖。
[0030]圖2是本發(fā)明方法所加工的壓氣機(jī)葉片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖3是本發(fā)明方法中粗車兩端基準(zhǔn)軸后的方形毛坯示意圖。
[0032]圖4是本發(fā)明方法中粗銑加工后的葉片毛坯示意圖。
[0033]圖5是本發(fā)明方法中半精銑加工后的葉片毛坯及其夾具示意圖。
[0034]圖中，1-葉身，2-緣板，3-榫頭，4-上端基準(zhǔn)軸，5-下端基準(zhǔn)軸，6_夾具。
【具體實(shí)施方式】
[0035]參照?qǐng)D1-5。本發(fā)明原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法具體步驟如下:
[0036]本發(fā)明方法切削加工的航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片由葉身1、緣板2和榫頭3組成。
[0037]步驟1、下料。
[0038]分析葉片尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取適當(dāng)尺寸的方形毛坯，并在兩端數(shù)控鉆頂尖孔。本實(shí)施例中，葉片鍛造毛還尺寸為160_\65_\45_。
[0039]步驟2、粗車上、下端基準(zhǔn)軸。
[0040]在數(shù)控車床上，以頂尖孔及毛坯兩端為基準(zhǔn)粗車上端基準(zhǔn)軸4和下端基準(zhǔn)軸5，形成粗銑加工的基準(zhǔn)。本實(shí)施例中，粗車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ20mmX 14mm, ?30mmX 21mm；上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差要求在0.03mm以內(nèi)。
[0041 ] 步驟3、粗銑葉片型面。
[0042]針對(duì)車軸后的方形毛坯，采用單面銑削方式粗銑葉背、葉盆型面，選用大尺寸球頭銑刀進(jìn)行加工，以高效去除毛坯上大部分的余量，粗銑加工余量為1.5mm?2mm。本實(shí)施例中，粗加工刀具為Φ 16mm硬質(zhì)合金球頭銑刀，切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速800r/min，進(jìn)給615mm/min，切深1mm，切寬10mm。
[0043]步驟4、粗銑時(shí)效處理。
[0044]將粗銑后的葉片浸入溫度為-196± 5°C的液氮中，保持40?45min;將葉片從液氮中取出，置于120°C恒溫時(shí)效處理爐中保溫30?35min;然后將葉片從時(shí)效處理爐中取出，室溫冷卻以釋放前期加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0045]步驟5、研孔、半精車上、下端基準(zhǔn)軸。
[0046]將粗銑時(shí)效處理后的葉片裝夾在數(shù)控車床上，半精車上端基準(zhǔn)軸4和下端基準(zhǔn)軸5，形成半精銑加工的基準(zhǔn)。本實(shí)施例中，半精車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ 16mm X14mm, <1)26111111\21111111;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差要求在0.021111]1以內(nèi)。
[0047]步驟6、半精銑葉片型面。
[0048]將葉片毛坯固定于夾具6上，采用螺旋銑削方式進(jìn)行半精銑加工，半精銑加工余量一般為0.5mm?0.8mm。本實(shí)施例中，半精銑刀具為Φ 12mm金剛石球頭銑刀，切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速 1800r/min，進(jìn)給360mm/min，切深 0.4_，切寬8_。
[0049]步驟7、半精銑時(shí)效處理。
[0050]將半精銑后的葉片浸入溫度為-196± 5°C的液氮中，保持40?45min;將葉片從液氮中取出，置于120°C恒溫時(shí)效處理爐中保溫30?35min;然后將葉片從時(shí)效處理爐中取出，室溫冷卻以釋放前期加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0051 ]步驟8、研孔、精車上、下端基準(zhǔn)軸。
[0052]將半精銑時(shí)效處理后的葉片裝夾在數(shù)控車床上，精車上端基準(zhǔn)軸4和下端基準(zhǔn)軸5，形成精銑加工的基準(zhǔn)。本實(shí)施例中，精車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ 12mmX 14mm，Φ22mm X 21mm；上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差要求在0.0lmmW內(nèi)。
[0053]步驟9、精銑葉片型面。
[0054]再次將葉片毛坯固定于夾具6上，采用螺旋銑削方式加工進(jìn)行精銑加工，精銑加工余量一般為0.02mm?0.05mm。本實(shí)施例中，精銑加工刀具為Φ 12mm金剛石球頭銑刀；切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速2000r/min，進(jìn)給500mm/min，切深 0.2mm，切寬 8mm。
[0055]步驟10、拋光。
[0056]對(duì)精銑加工后的葉片，進(jìn)行拋光處理，以去除球頭刀銑削造成的微觀波峰波谷，達(dá)到圖紙要求的表面粗糙度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種原位自生型TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料葉片切削加工方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、下料； 分析葉片尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取葉片鍛造毛還尺寸為160mm X 65mm X 45mm，并在兩端數(shù)控鉆頂尖孔； 步驟二、粗車上、下端基準(zhǔn)軸； 在數(shù)控車床上，以頂尖孔及毛坯兩端為基準(zhǔn)粗車上端基準(zhǔn)軸(4)和下端基準(zhǔn)軸(5)，形成粗銑加工的基準(zhǔn);粗車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ20mmX 14mm, Φ30mmX21mm;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差在0.03mm以內(nèi)； 步驟三、粗銑葉片型面； 針對(duì)車軸后的方形毛坯，采用單面銑削方式粗銑葉背、葉盆型面，粗銑加工余量為.1.5mm?2mm;粗加工刀具為Φ 16mm硬質(zhì)合金球頭銑刀，切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速800r/min，進(jìn)給.615111111/111；[11，切深1111111，切寬10111111; 步驟四、粗銑時(shí)效處理； 將粗銑后的葉片浸入溫度為-196 ± 5°C的液氮中，保持40?45min ；將葉片從液氮中取出，置于120°C恒溫時(shí)效處理爐中保溫30?35min;然后將葉片從時(shí)效處理爐中取出，室溫冷卻； 步驟五、研孔、半精車上、下端基準(zhǔn)軸； 將粗銑時(shí)效處理后的葉片裝夾在數(shù)控車床上，半精車上端基準(zhǔn)軸(4)和下端基準(zhǔn)軸(5)，形成半精銑加工的基準(zhǔn);半精車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ 16mmX 14mm，Φ26_X21mm;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差在0.02mm以內(nèi)； 步驟六、半精銑葉片型面； 將葉片毛坯固定于夾具(6)上，采用螺旋銑削方式進(jìn)行半精銑加工，半精銑加工余量為.0.5mm?0.8mm;半精銑刀具為Φ 12mm金剛石球頭銑刀，切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速1800r/min，進(jìn)給.360臟/111；[11，切深0.4111111，切寬8111111; 步驟七、半精銑時(shí)效處理； 將半精銑后的葉片浸入溫度為_196±5°C的液氮中，保持40?45min;將葉片從液氮中取出，置于120°C恒溫時(shí)效處理爐中保溫30?35min;然后將葉片從時(shí)效處理爐中取出，室溫冷卻； 步驟八、研孔、精車上、下端基準(zhǔn)軸； 將半精銑時(shí)效處理后的葉片裝夾在數(shù)控車床上，精車上端基準(zhǔn)軸(4)和下端基準(zhǔn)軸(5)，形成精銑加工的基準(zhǔn)；精車后上、下端基準(zhǔn)軸尺寸分別為:Φ 12mmX 14mm, Φ 22mmX.21mm;上、下端基準(zhǔn)軸同軸度公差在0.01mm以內(nèi)； 步驟九、精銑葉片型面； 再次將葉片毛坯固定于夾具(6)上，采用螺旋銑削方式加工進(jìn)行精銑加工，精銑加工余量為0.02mm?0.05mm;精銑加工刀具為Φ 12mm金剛石球頭銑刀；切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速2000r/min，進(jìn)給500mm/min，切深 0.2mm，切寬 8mm ； 步驟十、拋光； 對(duì)精銑加工后的葉片，進(jìn)行拋光處理。
【文檔編號(hào)】B23P15/02GK105834702SQ201610374646
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】蔣睿嵩, 林坤陽, 汪文虎, 熊峰, 熊一峰, 宋國棟, 趙德中, 崔康, 靳淇超, 王楠, 曹旭康, 邵明偉, 劉鐘
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)