CN101417514B - 钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺 - Google Patents

Abstract

钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其采用以下三种创新方法之一或其组合进行加工：其一，采用毡轮和抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片；其二，采用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头；其三，在榫头加工过程中使用专用测具进行在线测量。相对于现有技术而言，本发明创造性的解决了钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺难题，填补了该技术领域的一项空白；其具有可以预见的巨大的经济、社会和国防价值。

Description

钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺

技术领域：

本发明涉及材料和机械科学，特别提供了一种钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺。 

背景技术：

现有技术中，叶片叶身抛光时，一般采用砂轮和毡轮进行。例如：先用粒度为46#的砂轮进行修型粗抛，给后续抛光工步留0.1mm左右余量，再用60#粒度(或80#)毡轮抛去0.04mm左右余量、用100#粒度(或120#)毡轮抛去0.03mm左右余量，最后用150#粒度到180#粒度的毡轮抛到合格尺寸。 

所使用的毡轮结构是：基体用羊毛毡轮，将所需要的粒度的金刚砂用骨胶粘在羊毛毡轮上(多层)(参见附图1)。 

这样的砂轮或毡轮因其自锐性的关系(自锐性是必要的)在使用过程中会产生脱粒现象，在抛光钛合金叶片时脱掉的砂粒(温度很高)可能镶嵌到叶片表面中，并且用肉眼很难发现，但在对叶片进行腐蚀检查时，就会显露出麻坑现象。采用传统的抛光工艺进行钛合金叶片抛光，产生腐蚀麻坑是不可避免的，试验也表明通过精细的抛光也只能减轻腐蚀麻坑的程度，而不能完全避免腐蚀麻坑的产生。 

这样的砂轮或毡轮因其自锐性的关系(自锐性是必要的)在使用过程中会产生脱粒现象，在抛光钛合金叶片时脱掉的砂粒(温度很高)可能镶嵌到叶片表面中，并且用肉眼很难发现，但在对叶片进行腐蚀检查时，就 会显露出麻坑现象。采用传统的抛光工艺进行钛合金叶片抛光，产生腐蚀麻坑是不可避免的，试验也表明通过精细的抛光也只能减轻腐蚀麻坑的程度，而不能完全避免腐蚀麻坑的产生。 

榫头加工的关键在于要保证两工作面的角度110°及两35°角的差值(见图11)。但用数控车床纵向和横向联动走刀所形成的斜线(工作母线)直线度不好，最大达0.025(凸起)。榫头工作面母线直线度差(尤其是凸起)会导致几个非常不好的效果：一是叶片榫头工作面与压气机盘上的榫槽工作面接触状态不好(不是均匀接触)，造成发动机工作状态时榫头受力不均(凸起处局部应力集中)，易导致榫头疲劳断裂；二是用工具显微镜(或三坐标测量仪)在检测榫头35°角及110°时，会因工作面母线直线度不好而增大测量误差，产生误判，直接影响角度110°和两个35°角度差值小于10′检测的真实性；三是工作面母线直线度不好也直接影响节点尺寸“B”的检测结果(见图14)。 

人们期望获得一种技术效果更好的钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种技术效果明显优于现有技术的钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺。 

本发明提供了钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：其采用以下三种创新方法进行加工： 

其一，采用毡轮和抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片； 

其二，采用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头； 

其三，在榫头加工过程中使用专用测具进行在线测量；所述专用测具包含有以下结构：底座(1)、滑块(2)、测量销(3)、定位块(4)、定位销(5)；其中：滑块(2)、定位块(4)、定位销(5)都布置在底座(1)上，测量销(3)布置在滑块(2)上，测量销(3)和定位销(5)分别布置在定位块(4)的两侧，两者的轴线平行或基本重合；滑块(2)能够在底座(1)上沿着与测量销(3)的轴线基本平行的方向滑动。 

本发明所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：先用毡轮进行1～5次修型粗抛，给后续抛光工步留0.02～0.2mm余量，再用抛光轮抛去余量直到合格尺寸； 

所述抛光轮为专用抛光轮，其是将一定粒度的金刚砂按一定比例与基体材料混合并添加适当的粘合剂压制而成；具体操作时，我们可以根据抛光对象的不同材质、不同要求，压制成混合有不同粒度和比例的金刚砂的抛光轮。 

采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的优选具体要求是：使用毡轮进行1～5次修型抛光，每次去除的余量为0.01～0.06mm；在使用专用抛光轮时需要用使用砂砖或者砂轮专用抛光轮刮平，以保持其 锐利性；专用抛光轮的基体材料是聚乙烯醇纤维。 

使用时，可根据不同需要选取不同粒度与比例的专用抛光轮，先用砂砖(废砂轮也可)将该砂轮刮平，然后再用于叶片抛光，这种轮的特点是金刚砂含在基体内在抛光过程中不易脱粒，因而避免了脱掉的砂粒镶嵌到叶片表面中的现象，从而避免了腐蚀麻坑的产生，但需要经常用砂砖(废砂轮也可)将砂轮刮平，以保持其锐利性。 

这种专用抛光轮的缺点是：不能去除较大的余量，只能用于最终降低粗糙度。 

本发明所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，所使用的毡轮结构是：基体用羊毛毡轮，将所需要的粒度的金刚砂用骨胶粘在羊毛毡轮上； 

采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：首先先用46#粒度砂轮进行修型粗抛，给后续抛光工步留0.1mm左右余量，再用粒度为60#或80#的毡轮抛去0.04mm左右余量、用粒度为100#或120#的毡轮抛去0.03mm左右余量，最后用粒度为150#～180#的毡轮抛到合格尺寸。 

本发明所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时的具体要求是：先用数控车将榫头车削到比最终尺寸大0.03～0.05mm，然后用成形刀车到最终尺寸。优选方案中，所述的成型刀精车过程中所使用的成型刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。 

我们在研究过程中，最初所采用的方案是用包括35°、30°角和底面 在内的成形刀(见图12)。选用该方案的主要出发点是35°、30°角和底面之间的转接R要求圆滑，而在E点处不要求圆滑转接。经试验发现即使只车0.03mm余量，这种成形刀的吃刀抗力仍是很大，加工时刀具颤动较大，被加工表面波纹很明显，不能采用。为了解决颤动大的问题，我们采用如图13所示成形刀进行最终加工(只加工工作面)。由于成形刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。经试验，效果很好，加工时无振动，被加工表面粗糙度在1.6以下。试验结果表明，若将该成形刀的切削刃的直线度控制在0.003以下，榫头工作面的直线度可达到0.005。采用该种成形刀的另一突出优点是：对刀具本身的形状及位置精度要求不高，当加工出的榫头工作面角度达不到设计或工艺要求时只需调整刀具的安装位置即可将工作面角度控制在所需要的范围内，而数控车削或第一方案的成形刀却无法做到这一点。综上所述，本技术主要体现成形刀的应用技巧，成型刀的应用已比较多，但能根据不同情况，局部应用的还未见报道。 

本发明所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺的其他一些优选内容是： 

用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时，所使用的成型刀的切削刃的直线度控制在0.003以下。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构： 

在测量销(3)远离定位销(5)的一侧又用于便于百分表使用的测量孔结构，所述的测量孔与测量销(3)同轴。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：实 际使用时，可以使用对比测量法：即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中，榫头工作面节点尺寸公差为0.05mm。 

我们对叶身疲劳断裂的叶片进行了分析：图2是疲劳断口的宏观像，疲劳源位于叶背面靠近中间部位(黑箭头所示)。距进气边约为12毫米，距排气边约为20毫米，距缘板约为7.5毫米。 

叶片断口在扫描电镜中的观察情况： 

图3为疲劳源附近断口的二次电子像(黑箭头指示疲劳源)，该源两侧断口上有放射状纹理(白箭头所示)。图4是疲劳源进一步放大的二次电子像，在未被碰磨处，出现许多取向不同的脆性小片(箭头所示)。图5是图4同一视场的背散射电子像，可以看出这种脆性小片的亮度较周围基体要暗，说明其化学成分与基体有所不同。图7和图6是不同位置脆性小片的X射线能谱分析曲线，说明这种小片是一种含有碳和少量钛的富硅相。为了查明这种富硅相的来源，考虑到叶片抛光是采用金刚砂(碳化硅)毡轮，故取生产现场用的金刚砂(碳化硅颗粒)放入扫描电镜中观察。图8为金刚砂(碳化硅)的二次电子像，与叶片疲劳源处的富硅相的形貌(图3)基本一致。图9为金刚砂(碳化硅磨粒)的X射线能谱分析曲线，也与富硅相的X射线能谱分析曲线(图7)基本一致(图7曲线中含少量的钛应是基体成分对富硅相的影响)。这样，可以确定叶片疲劳源处的富硅相系抛光时被压入叶片的金刚砂(碳化硅)颗粒。 

疲劳源存在嵌入的金刚砂颗粒，这不仅形成应力集中，而且在嵌入坑周围发生塑性变形，在与未发生塑性变形区域的交界处产生附加的残余应力，从而使嵌入处容易萌生疲劳裂纹而成为裂纹源，导致叶片发生早期疲劳断裂。 

由上述分析可知，导致叶片叶身疲劳断裂的主要原因是抛光腐蚀麻坑所致。 

而专用抛光轮是将一定粒度的金刚砂按一定比例与基体材料混合并添加适当的粘合剂压制而成，根据抛光对象的不同材质、不同要求，压制不同粒度于比例的抛光轮(见图10)。使用时，可根据不同需要选取不同粒度与比例的专用抛光轮，先用砂砖(废砂轮也可)将该砂轮刮平，然后再用于叶片抛光，这种轮的特点是金刚砂含在基体内在抛光过程中不易脱粒，因而避免了脱掉的砂粒镶嵌到叶片表面中的现象，从而避免了腐蚀麻坑的产生，但需要经常用砂砖(废砂轮也可)将砂轮刮平，以保持其锐利性。 

这种专用抛光轮的缺点是：不能去除较大的余量，只能用于最终降低粗糙度。 

榫头工作面节点尺寸是一个重要尺寸，其公差为0.05mm，在初期研制时，由于不能实现在线(加工过程中)检测，只能将一圈叶片(约90片叶片)加工到最终尺寸后，把夹具从车床上卸下才能进行节点尺寸的测量，一旦检测结果不符合要求则整圈叶片报废，因为这时即使节点尺寸超上差(还有少量余量)，也不可能重新进行补加工。在初期研制中，由于不能实现节点尺寸在线检测，经常发生因节点尺寸不合格造成大量叶片报废。为 此对实现节点尺寸在线检测进行了专题研究试验工作，设计制造了如图14所示的小测具，使用对比测量法，即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。该测具的特点是：测具轻巧，操作方便，不会因测具重量的原因产生误差；不需将夹具从机床上卸下，在加工过程中可随时在机床上检查节点尺寸的大小， 

便于工人掌握加工尺寸调整进刀量保证节点尺寸合格，从而实现了节点尺寸的在线检测，基本上避免了因节点尺寸不合格而造成的叶片报废现象。 

榫头加工的关键在于要保证两工作面的角度110°及两35°角的差值(见图1)。但用数控车床纵向和横向联动走刀所形成的斜线(工作母线)直线度不好，最大达0.025(凸起)。榫头工作面母线直线度差(尤其是凸起)会导致几个非常不好的效果：一是叶片榫头工作面与压气机盘上的榫槽工作面接触状态不好(不是均匀接触)，造成发动机工作状态时榫头受力不均(凸起处局部应力集中)，易导致榫头疲劳断裂；二是用工具显微镜(或三坐标测量仪)在检测榫头35°角及110°时，会因工作面母线直线度不好而增大测量误差，产生误判，直接影响角度110°和两个35°角度差值小于10′检测的真实性；三是工作面母线直线度不好也直接影响节点尺寸“B”的检测结果(见图14)。 

而用成形刀进行加工则能保证形状精度(包括工作面母线直线度)，但直接采用成形刀车削因吃刀抗力大，会产生振动并且加工效率很低。为此确定采用“数控车+成形刀精车”的方法来进行双圆弧榫头加工，即先用数 控车将榫头车削到比最终尺寸大0.03～0.05mm，然后用成形刀车到最终尺寸。最初的方案是用包括35°、30°角和底面在内的成形刀(见图12)。选用该方案的主要出发点是35°、30°角和底面之间的转接R要求圆滑，而在E点处不要求圆滑转接。经试验发现即使只车0.03mm余量，这种成形刀的吃刀抗力仍是很大，加工时刀具颤动较大，被加工表面波纹很明显，不能采用。为了解决颤动大的问题，我们采用如图13所示成形刀进行最终加工(只加工工作面)。由于成形刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。经试验，效果很好，加工时无振动，被加工表面粗糙度在1.6以下。试验结果表明，若将该成形刀的切削刃的直线度控制在0.003以下，榫头工作面的直线度可达到0.005。采用该种成形刀的另一突出优点是：对刀具本身的形状及位置精度要求不高，当加工出的榫头工作面角度达不到设计或工艺要求时只需调整刀具的安装位置即可将工作面角度控制在所需要的范围内，而数控车削或第一方案的成形刀却无法做到这一点。综上所述，本技术主要体现成形刀的应用技巧，成型刀的应用已比较多，但能根据不同情况，局部应用的还未见报道。 

榫头的测量：这种叶片榫头结构见图14，其断面是燕尾形，沿周向是圆弧形。这种双圆弧榫头工作面节点尺寸在加工时的在线检测是本工艺的关键之一。 

榫头工作面节点尺寸是一个重要尺寸，其公差为0.05mm，初期研制时，由于不能实现在线(加工过程中)检测，只能将一圈叶片(约90片叶片)加工到最终尺寸后，把夹具从车床上卸下才能进行节点尺寸的测量，一旦 检测结果不符合要求则整圈叶片报废，因为这时即使节点尺寸超上差(还有少量余量)，也不可能重新进行补加工。在初期研制中，由于不能实现节点尺寸在线检测，经常发生因节点尺寸不合格造成大量叶片报废。为此对实现节点尺寸在线检测进行了专题研究试验工作，设计制造了如图15所示的小测具，使用对比测量法，即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。该测具的特点是：测具轻巧，操作方便，不会因测具重量的原因产生误差；不需将夹具从机床上卸下，在加工过程中可随时在机床上检查节点尺寸的大小，便于工人掌握加工尺寸调整进刀量保证节点尺寸合格，从而实现了节点尺寸的在线检测，基本上避免了因节点尺寸不合格而造成的叶片报废现象。 

相对于现有技术而言，本发明创造性的解决了钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺难题，填补了该技术领域的一项空白；其具有可以预见的巨大的经济、社会和国防价值。 

附图说明：

图1为普通粘轮结构示意图； 

图2为送检的叶片疲劳断口的宏观像(3.3×)； 

图3为叶片疲劳源附近断口的二次电子像(黑箭头指疲劳源)； 

图4为图3的进一步放大图像； 

图5为与图4同一视场的背散射电子像(数字处为X射线能谱分析位置)； 

图6为图5中位置1的X射线能譜分析曲线； 

图7为图5中位置2的X射线能譜分析曲线； 

图8为金刚砂颗粒的二次电子像； 

图9金刚砂颗粒的X射线能譜分析曲线； 

图10为专用抛光轮结构示意图； 

图11为叶片榫头示意图； 

图12为成型刀示意图； 

图13为改进后的成型刀示意图； 

图14为榫头结构示意图； 

图15为B尺寸测局示意图，需保证件2能在件1中自由滑动。 

具体实施方式：

实施例1钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺 

钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其采用以下三种创新方法的组合进行加工： 

其一，采用毡轮和抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片； 

其二，采用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头； 

其三，在榫头加工过程中使用专用测具进行在线测量；所述专用测具包含有以下结构：底座(1)、滑块(2)、测量销(3)、定位块(4)、定位销(5)；其中：滑块(2)、定位块(4)、定位销(5)都布置在底座(1)上，测量销(3)布置在滑块(2)上，测量销(3)和定位销(5)分别布 置在定位块(4)的两侧，两者的轴线平行或基本重合；滑块(2)能够在底座(1)上沿着与测量销(3)的轴线基本平行的方向滑动。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：先用毡轮进行1～5次修型粗抛，给后续抛光工步留0.02～0.2mm余量，再用抛光轮抛去余量直到合格尺寸； 

使用毡轮进行1～5次修型抛光的过程中，每次去除的余量为0.01～0.06mm；在使用专用抛光轮时需要用使用砂砖或者砂轮专用抛光轮刮平，以保持其锐利性；专用抛光轮的基体材料是聚乙烯醇纤维。 

所述抛光轮为专用抛光轮，其是将一定粒度的金刚砂按一定比例与基体材料混合并添加适当的粘合剂压制而成；具体操作时，我们可以根据抛光对象的不同材质、不同要求，压制成混合有不同粒度和比例的金刚砂的抛光轮。 

使用时，可根据不同需要选取不同粒度与比例的专用抛光轮，先用砂砖(废砂轮也可)将该砂轮刮平，然后再用于叶片抛光，这种轮的特点是金刚砂含在基体内在抛光过程中不易脱粒，因而避免了脱掉的砂粒镶嵌到叶片表面中的现象，从而避免了腐蚀麻坑的产生，但需要经常用砂砖(废砂轮也可)将砂轮刮平，以保持其锐利性。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，所使用的毡轮结构是：基体用羊毛毡轮，将所需要的粒度的金刚砂用骨胶粘在羊毛毡轮上； 

采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：首先先用46#粒度砂轮进行修型粗抛，给后续抛光工步留0.1mm左右余量，再用粒度为60#或80#的毡轮抛去0.04mm左右余量、用粒度为100#或120#的毡轮抛去0.03mm左右余量，最后用粒度为150#～180#的毡轮抛到合格尺寸。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时的具体要求是：先用数控车将榫头车削到比最终尺寸大0.03～0.05mm，然后用成形刀车到最终尺寸。优选方案中，所述的成型刀精车过程中所使用的成型刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。 

我们将该成形刀的切削刃的直线度控制在0.003以下，榫头工作面的直线度可达到0.005。采用该种成形刀的另一突出优点是：对刀具本身的形状及位置精度要求不高，当加工出的榫头工作面角度达不到设计或工艺要求时只需调整刀具的安装位置即可将工作面角度控制在所需要的范围内，而数控车削或第一方案的成形刀却无法做到这一点。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺的其他内容还包括： 

用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时，所使用的成型刀的切削刃的直线度控制在0.003以下。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：在测量销(3)远离定位销(5)的一侧又用于便于百分表使用的测量孔结构，所述的测量孔与测量销(3)同轴。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：实际使用时，可以使用对比测量法：即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中，榫头工作面节点尺寸公差为0.05mm。 

我们对叶身疲劳断裂的叶片进行了分析：图2是疲劳断口的宏观像，疲劳源位于叶背面靠近中间部位(黑箭头所示)。距进气边约为12毫米，距排气边约为20毫米，距缘板约为7.5毫米。 

叶片断口在扫描电镜中的观察情况： 

图3为疲劳源附近断口的二次电子像(黑箭头指示疲劳源)，该源两侧断口上有放射状纹理(白箭头所示)。图4是疲劳源进一步放大的二次电子像，在未被碰磨处，出现许多取向不同的脆性小片(箭头所示)。图5是图4同一视场的背散射电子像，可以看出这种脆性小片的亮度较周围基体要暗，说明其化学成分与基体有所不同。图7和图6是不同位置脆性小片的X射线能谱分析曲线，说明这种小片是一种含有碳和少量钛的富硅相。为了查明这种富硅相的来源，考虑到叶片抛光是采用金刚砂(碳化硅)毡轮，故取生产现场用的金刚砂(碳化硅颗粒)放入扫描电镜中观察。图8为金刚砂(碳化硅)的二次电子像，与叶片疲劳源处的富硅相的形貌(图3)基本一致。图9为金刚砂(碳化硅磨粒)的X射线能谱分析曲线，也与富硅相的X射线能谱分析曲线(图7)基本一致(图7曲线中含少量的钛应是基体成分对富硅相的影响)。这样，可以确定叶片疲劳源处的富硅相系抛光时 被压入叶片的金刚砂(碳化硅)颗粒。 

疲劳源存在嵌入的金刚砂颗粒，这不仅形成应力集中，而且在嵌入坑周围发生塑性变形，在与未发生塑性变形区域的交界处产生附加的残余应力，从而使嵌入处容易萌生疲劳裂纹而成为裂纹源，导致叶片发生早期疲劳断裂。 

由上述分析可知，导致叶片叶身疲劳断裂的主要原因是抛光腐蚀麻坑所致。 

本实施例中，专用抛光轮是将一定粒度的金刚砂按一定比例与基体材料混合并添加适当的粘合剂压制而成，根据抛光对象的不同材质、不同要求，压制不同粒度于比例的抛光轮(见图10)。使用时，可根据不同需要选取不同粒度与比例的专用抛光轮，先用砂砖(废砂轮也可)将该砂轮刮平，然后再用于叶片抛光，这种轮的特点是金刚砂含在基体内在抛光过程中不易脱粒，因而避免了脱掉的砂粒镶嵌到叶片表面中的现象，从而避免了腐蚀麻坑的产生，但需要经常用砂砖(废砂轮也可)将砂轮刮平，以保持其锐利性。 

榫头工作面节点尺寸是一个重要尺寸，其公差为0.05mm，我们对实现节点尺寸在线检测进行了专题研究试验工作，设计制造了如图14所示的小测具，使用对比测量法，即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。该测具的特点是：测具轻巧，操作方便，不会因测具重量的原因产生误差；不需将夹具从机床上卸下，在加工过程中可随时在机床上检查节点尺寸的大小， 

便于工人掌握加工尺寸调整进刀量保证节点尺寸合格，从而实现了节点尺寸的在线检测，基本上避免了因节点尺寸不合格而造成的叶片报废现象。 

榫头加工的关键在于要保证两工作面的角度110°及两35°角的差值(见图1)。但用数控车床纵向和横向联动走刀所形成的斜线(工作母线)直线度不好，最大达0.025(凸起)。榫头工作面母线直线度差(尤其是凸起)会导致几个非常不好的效果：一是叶片榫头工作面与压气机盘上的榫槽工作面接触状态不好(不是均匀接触)，造成发动机工作状态时榫头受力不均(凸起处局部应力集中)，易导致榫头疲劳断裂；二是用工具显微镜(或三坐标测量仪)在检测榫头35°角及110°时，会因工作面母线直线度不好而增大测量误差，产生误判，直接影响角度110°和两个35°角度差值小于10′检测的真实性；三是工作面母线直线度不好也直接影响节点尺寸“B”的检测结果(见图14)。 

而用成形刀进行加工则能保证形状精度(包括工作面母线直线度)，但直接采用成形刀车削因吃刀抗力大，会产生振动并且加工效率很低。为此确定采用“数控车+成形刀精车”的方法来进行双圆弧榫头加工，即先用数控车将榫头车削到比最终尺寸大0.03～0.05mm，然后用成形刀车到最终尺寸。最初的方案是用包括35°、30°角和底面在内的成形刀(见图12)。选用该方案的主要出发点是35°、30°角和底面之间的转接R要求圆滑，而在E点处不要求圆滑转接。经试验发现即使只车0.03mm余量，这种成形刀的吃刀抗力仍是很大，加工时刀具颤动较大，被加工表面波纹很明显， 不能采用。为了解决颤动大的问题，我们采用如图13所示成形刀进行最终加工(只加工工作面)。由于成形刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。经试验，效果很好，加工时无振动，被加工表面粗糙度在1.6以下。试验结果表明，若将该成形刀的切削刃的直线度控制在0.003以下，榫头工作面的直线度可达到0.005。采用该种成形刀的另一突出优点是：对刀具本身的形状及位置精度要求不高，当加工出的榫头工作面角度达不到设计或工艺要求时只需调整刀具的安装位置即可将工作面角度控制在所需要的范围内，而数控车削或第一方案的成形刀却无法做到这一点。 

榫头的测量：这种叶片榫头结构见图13，其断面是燕尾形，沿周向是圆弧形。这种双圆弧榫头工作面节点尺寸在加工时的在线检测是本工艺的关键之一。 

榫头工作面节点尺寸是一个重要尺寸，其公差为0.05mm，初期研制时，由于不能实现在线(加工过程中)检测，只能将一圈叶片(约90片叶片)加工到最终尺寸后，把夹具从车床上卸下才能进行节点尺寸的测量，一旦检测结果不符合要求则整圈叶片报废，因为这时即使节点尺寸超上差(还有少量余量)，也不可能重新进行补加工。在初期研制中，由于不能实现节点尺寸在线检测，经常发生因节点尺寸不合格造成大量叶片报废。为此对实现节点尺寸在线检测进行了专题研究试验工作，设计制造了如图15所示的小测具，使用对比测量法，即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。该测具的特点是：测具轻巧，操作方便，不会因测具重量的原因产生误差；不需将夹具从机床 上卸下，在加工过程中可随时在机床上检查节点尺寸的大小，便于工人掌握加工尺寸调整进刀量保证节点尺寸合格，从而实现了节点尺寸的在线检测，基本上避免了因节点尺寸不合格而造成的叶片报废现象。 

实施例2 

本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于： 

钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其采用以下三种创新方法之一进行加工： 

其一，采用毡轮和抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片； 

其二，采用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头； 

其三，在榫头加工过程中使用专用测具进行在线测量；所述专用测具包含有以下结构：底座(1)、滑块(2)、测量销(3)、定位块(4)、定位销(5)；其中：滑块(2)、定位块(4)、定位销(5)都布置在底座(1)上，测量销(3)布置在滑块(2)上，测量销(3)和定位销(5)分别布置在定位块(4)的两侧，两者的轴线平行或基本重合；滑块(2)能够在底座(1)上沿着与测量销(3)的轴线基本平行的方向滑动。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：先用毡轮进行1～5次修型粗抛，给后续抛光工步留0.02～0.2mm余量，再用抛光轮抛去余量直到合格尺寸； 

使用毡轮进行1～5次修型抛光的过程中，每次去除的余量为0.01～0.06mm；在使用专用抛光轮时需要用使用砂砖或者砂轮专用抛光轮刮平，以保持其锐利性；专用抛光轮的基体材料是聚乙烯醇纤维。 

所述抛光轮为专用抛光轮，其是将一定粒度的金刚砂按一定比例与基体材料混合并添加适当的粘合剂压制而成。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，所使用的毡轮结构是：基体用羊毛毡轮，将所需要的粒度的金刚砂用骨胶粘在羊毛毡轮上； 

采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：首先先用46#粒度砂轮进行修型粗抛，给后续抛光工步留0.1mm左右余量，再用粒度为60#或80#的毡轮抛去0.04mm左右余量、用粒度为100#或120#的毡轮抛去0.03mm左右余量，最后用粒度为150#～180#的毡轮抛到合格尺寸。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺中，用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时的具体要求是：先用数控车将榫头车削到比最终尺寸大0.03～0.05mm，然后用成形刀车到最终尺寸。优选方案中，所述的成型刀精车过程中所使用的成型刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。 

我们将该成形刀的切削刃的直线度控制在0.003以下，榫头工作面的直线度可达到0.005。采用该种成形刀的另一突出优点是：对刀具本身的形状及位置精度要求不高，当加工出的榫头工作面角度达不到设计或工艺要求时只需调整刀具的安装位置即可将工作面角度控制在所需要的范围内， 而数控车削或第一方案的成形刀却无法做到这一点。 

所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺的其他内容还包括： 

用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时，所使用的成型刀的切削刃的直线度控制在0.003以下。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：在测量销(3)远离定位销(5)的一侧又用于便于百分表使用的测量孔结构，所述的测量孔与测量销(3)同轴。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：实际使用时，可以使用对比测量法：即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。 

在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中，榫头工作面节点尺寸公差为0.05mm。 

实施例3 

本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于： 

钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其采用毡轮和抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片；在榫头加工过程中使用专用测具进行在线测量；所述专用测具包含有以下结构：底座(1)、滑块(2)、测量销(3)、定位块(4)、定位销(5)；其中：滑块(2)、定位块(4)、定位销(5)都布置在底座(1)上，测量销(3)布置在滑块(2)上，测量销(3)和定位销(5)分别布置在定位块(4)的两侧，两者的轴线平行或基本重 合；滑块(2)能够在底座(1)上沿着与测量销(3)的轴线基本平行的方向滑动。 

Claims (9)

1.钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：其采用以下三种方法的组合进行加工：

其一，采用毡轮和抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片；

其二，采用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头；

其三，在榫头加工过程中使用专用测具进行在线测量；所述专用测具包含有以下结构：底座(1)、滑块(2)、测量销(3)、定位块(4)、定位销(5)；其中：滑块(2)、定位块(4)、定位销(5)都布置在底座(1)上，测量销(3)布置在滑块(2)上，测量销(3)和定位销(5)分别布置在定位块(4)的两侧，两者的轴线平行或基本重合；滑块(2)能够在底座(1)上沿着与测量销(3)的轴线基本平行的方向滑动；

所述抛光轮为专用抛光轮，其是将一定粒度的金刚砂按一定比例与基体材料混合并添加适当的粘合剂压制而成；专用抛光轮的基体材料是聚乙烯醇纤维；

用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时的具体要求是：所述的成型刀精车过程中所使用的成型刀只加工工作面，所以对尺寸转接基本无影响。

2.按照权利要求1所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：先用毡轮进行1～5次修型粗抛，给后续抛光工步留0.02～0.2mm余量，再用抛光轮抛去余量直到达到对应要求。

3.按照权利要求2所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：采用毡轮和专用抛光轮配合使用的方法抛光钛合金叶片的具体要求是：

使用毡轮进行1～5次修型抛光，每次去除的余量为0.01～0.06mm。

4.按照权利要求3所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：

所使用的毡轮结构是：基体用羊毛毡轮，将所需要的粒度的金刚砂用骨胶粘在羊毛毡轮上；

抛光钛合金叶片的具体要求是：首先先用46#粒度砂轮进行修型粗抛，给后续抛光工步留0.1mm左右余量，再用粒度为60#或80#的毡轮抛去0.04mm左右余量、用粒度为100#或120#的毡轮抛去0.03mm左右余量，最后用粒度为150#-180#的毡轮抛到合格尺寸。

5.按照权利要求1所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时的具体要求是：先用数控车将榫头车削到比最终尺寸大0.03～0.05mm，然后用成形车刀加工到最终尺寸。

6.按照权利要求1所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：用“数控车+成型刀精车”的方法加工钛合金叶片双圆弧榫头时，所使用的成型刀的切削刃的直线度控制在0.003以下。

7.按照权利要求1所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：

在测量销(3)远离定位销(5)的一侧有便于百分表使用的测量孔结构，所述的测量孔与测量销(3)同轴。

8.按照权利要求7所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中还包含有以下结构：实际使用时，可以使用对比测量法：即先用标准件将百分表对零，然后再测量零件，比较叶片与标准件的尺寸差是否在公差范围内。

9.按照权利要求8所述钛合金高压压气机圆弧型榫头工作叶片加工工艺，其特征在于：在榫头加工过程中用于在线测量的专用测具中，榫头工作面节点尺寸公差为0.05mm。