CN115351369A - 一种带冠涡轮叶片的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空发动机叶片制造技术领域，公开一种带冠涡轮叶片的加工方法，加工方法包括以下步骤：获取叶片毛坯的定位基准，并将叶片毛坯的定位基准采用线切割法转化为机加工基准；根据机加工基准设计定位工装,使定位工装能够限制叶片毛坯沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动；将叶片毛坯夹持定位于定位工装中，采用慢走丝线切割机加工叶片毛坯的榫头、前缘板以及叶冠，获取叶片半成品；对叶片半成品的表面进行清洁处理，并进行荧光检测，获取叶片成品。本发明在保证加工精度的前提下，将重复加工工序精简，缩短加工周期。

Description

一种带冠涡轮叶片的加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片制造技术领域，尤其涉及一种带冠涡轮叶片的加工方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机中最关键的热端部件之一，其作用是将燃烧的高温高能气体的部分能量转换成涡轮转子的动力，带动气压机持续工作。涡轮叶片分为涡轮转子叶片和涡轮镜子叶片，其中涡轮转子叶片又分为无冠叶片和带冠叶片，其中，带冠叶片作为涡轮叶片中常见的结构形式，能够有效提高涡轮效率并解决振动问题，带冠叶片由叶冠、叶身、前缘板、申根以及榫头五大部分组成。涡轮叶片在高温高压燃气环境下工作，不仅需要承受转子高速旋转时产生的离心力、气动力、热应力以及振动负荷，还要遭受热燃气的腐蚀，另外，由于工况的不断变化，还会经受冷热疲劳，因此，在如此严苛的工作条件要求下，涡轮叶片需要满足尺寸精度和表面质量的要求，但涡轮叶片作为典型的自由曲面零件，其加工方式以车削、铣削、磨削等工艺为主，且随着涡轮叶片毛坯向精密铸造方向发展，部分型面已经实现无余量铸造，涡轮叶片机械加工部位与加工量逐渐减少，加工主要集中在涡轮叶片的榫头、叶冠部位，而加工方式也集中在磨削上，加工时存在较多问题，例如涡轮叶片整体厚度薄，加工易变形，涡轮叶片为难以加工的高温合金，加工难度大，且涡轮叶片的形状复杂，加工所用设备和工装多，涉及特种工艺多，如表面涂镀工艺、喷丸工艺、叶身气膜孔电火花加工等。

因此，为了解决前述问题，现有的带冠涡轮叶片采用的典型加工工艺为：精密定位、检查→磨榫齿→磨榫头排气边侧面、前缘板、叶冠→脱定位合金→清理叶片表面及去污染→精磨榫齿顶面→消除应力→超声波清洗、荧光检查榫齿→磨榫头进气边侧面、前缘板、叶冠→打磨榫齿端面→磨盆向、背向锯齿冠→磨冠顶→打磨毛刺→外观检测、超声波清洗、荧光检查→磨盆向、背向缘板→超声波清洗、荧光检查、X射线检查→清洗、荧光、清洗→喷丸→入库。

但现有的带冠涡轮叶片的加工工艺步骤繁琐，榫头和叶冠需要进行多次磨削，每次磨削需要选择不同硬度的砂轮，为了避免磨削应力过大而导致产生磨削裂纹，需要在每次磨削后进行去应力、荧光检测等操作，加工周期长，加工应力大，检测繁琐，检测后重新装夹容易对后续加工造成偏差。

因此，亟需一种带冠涡轮叶片的加工方法，在保证加工精度的前提下，将重复加工工序精简，缩短加工周期。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种带冠涡轮叶片的加工方法，在保证加工精度的前提下，将重复加工工序精简，缩短加工周期。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种带冠涡轮叶片的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：

S100、获取叶片毛坯的定位基准，并将所述叶片毛坯的定位基准采用线切割法转化为机加工基准；

S200、根据所述机加工基准设计定位工装,使所述定位工装能够限制所述叶片毛坯沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动；

S300、将所述叶片毛坯夹持定位于所述定位工装中，采用慢走丝线切割机加工所述叶片毛坯的榫头、前缘板以及叶冠，获取叶片半成品；

S400、对所述叶片半成品的表面进行清洁处理，并进行荧光检测，获取叶片成品。

作为一种可选的技术方案，所述步骤S100具体为：在所述叶片毛坯的叶身的背面选取三个不同位置的定位点，在所述叶身的进气侧边选取两个不同位置的定位点，在所述叶冠的内侧选取一个定位点，根据前述的六个定位点获取所述叶片毛坯的定位基准，并将所述叶片毛坯的定位基准采用线切割法转化为所述机加工基准。

作为一种可选的技术方案，所述步骤S200具体为：所述定位工装设置为四个，且四个所述定位工装均根据前述的六个定位点设计获取，每个所述定位工装均能够限制所述叶片毛坯沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动。

作为一种可选的技术方案，所述步骤S300包括以下步骤：

S301、将所述叶片毛坯夹持定位于第一个所述定位工装中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头的加工背面和加工正面，其中所述加工背面与所述叶身的背面位于同一侧。

作为一种可选的技术方案，在所述步骤S301之后，还包括以下步骤：

S302、将所述叶片毛坯夹持定位于第二个所述定位工装中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头的第一端面和所述前缘板的第二端面，其中，所述第一端面和所述第二端面均与所述叶身的进气侧边的定位点位于同一侧。

作为一种可选的技术方案，在所述步骤S302之后，还包括以下步骤：

S303、将所述叶片毛坯夹持定位于第三个所述定位工装中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头的第三端面和所述前缘板的第四端面，其中，所述第三端面和所述第四端面均背离于所述叶身的进气侧边的定位点。

作为一种可选的技术方案，在所述步骤S303之后，还包括以下步骤：

S304、将所述叶片毛坯夹持定位于第四个所述定位工装中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头的两个沉头平面，使两个所述沉头平面之间的距离保持在预设范围内，其中，一个所述沉头平面与所述第一端面位于同一侧，另一个所述沉头平面与所述第三端面位于同一侧。

作为一种可选的技术方案，在所述步骤S304之后，还包括以下步骤：

S305、采用电火花成型机床电加工所述榫头的沉头。

作为一种可选的技术方案，在所述步骤S305之后，还包括以下步骤：

S306、采用慢走丝线切割机加工所述叶冠。

作为一种可选的技术方案，所述步骤S400包括以下步骤：

S401、对所述叶片半成品的表面去毛刺；

S402、对所述叶片半成品的表面喷玻璃丸；

S403、清洗所述叶片半成品表面的污染物；

S404、对所述叶片半成品的表面进行荧光检测；

S405、对检测合格的所述叶片半成品清洗，并再次检验，最终将合格的所述叶片成品入库。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种带冠涡轮叶片的加工方法，采用该加工方法对叶片毛坯进行加工时，先获取叶片毛坯的定位基准，并将叶片毛坯的定位基准采用线切割法转化为机加工基准，其优点是转化精度比浇注低熔点合金法高且避免了低熔点合金污染问题，比机械夹紧法的基准转换次数少，减少转换步骤，缩短转换时间；之后再根据机加工基准设计定位工装,使定位工装能够限制叶片毛坯沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动，从而保证叶片毛坯在加工过程中不会移动和转动，保证加工精度；之后再将叶片毛坯夹持定位于定位工装中，采用慢走丝线切割机加工叶片毛坯的榫头、前缘板以及叶冠，获取叶片半成品；最后对叶片半成品的表面进行清洁处理，并进行荧光检测，获取叶片成品。采用本发明的加工方法可以在保证加工精度的前提下，通过定位工装和慢走丝线切割机的配合，快速高效地完成对叶片毛坯的加工，单片带冠涡轮叶片的加工时间基本控制在2到4个小时，加工周期短，且带冠涡轮叶片的加工面应力小，表面质量好，能够显著降低加工报废率，降低生产成本，适用于批量生产。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明；

图1为实施例所述的带冠涡轮叶片的加工方法的流程图；

图2为实施例所述的叶片毛坯的结构示意图；

图3为实施例所述的叶片成品的结构示意图；

图4为实施例所述的定位基准在叶片毛坯上的示意图；

图5为实施例所述的叶片毛坯安装于第一个定位工装时的结构示意图；

图6为实施例所述的叶片毛坯安装于第二个定位工装时的结构示意图；

图7为实施例所述的叶片毛坯安装于第三个定位工装时的结构示意图；

图8为实施例所述的叶片毛坯安装于第四个定位工装时的结构示意图；

图9为图8中D位置的局部放大图。

图中：

100、叶片毛坯；200、叶片成品；300、定位工装；

1、榫头；11、加工背面；12、加工正面；13、第一端面；14、第三端面；15、沉头平面；16、沉头；2、前缘板；21、第二端面；22、第四端面；3、叶冠；4、叶身；5、申根。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至图9所示，本实施例提供一种带冠涡轮叶片的加工方法，加工方法包括以下步骤：

S100、获取叶片毛坯100的定位基准，并将叶片毛坯100的定位基准采用线切割法转化为机加工基准。

S200、根据机加工基准设计定位工装300,使定位工装300能够限制叶片毛坯100沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动。

S300、将叶片毛坯100夹持定位于定位工装300中，采用慢走丝线切割机加工叶片毛坯100的榫头1、前缘板2以及叶冠3，获取叶片半成品。

S400、对叶片半成品的表面进行清洁处理，并进行荧光检测，获取叶片成品200。

具体的，叶片毛坯100包括榫头1、前缘板2、叶冠3、叶身4以及申根5，采用该加工方法对叶片毛坯100进行加工时，先获取叶片毛坯100的定位基准，并将叶片毛坯100的定位基准采用线切割法转化为机加工基准，其优点是转化精度比浇注低熔点合金法高且避免了低熔点合金污染问题，比机械夹紧法的基准转换次数少，减少转换步骤，缩短转换时间；之后再根据机加工基准设计定位工装300,使定位工装300能够限制叶片毛坯100沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动，从而保证叶片毛坯100在加工过程中不会移动和转动，保证加工精度；之后再将叶片毛坯100夹持定位于定位工装300中，采用慢走丝线切割机加工叶片毛坯100的榫头1、前缘板2以及叶冠3，获取叶片半成品；最后对叶片半成品的表面进行清洁处理，并进行荧光检测，获取叶片成品200。采用本实施例的加工方法可以在保证加工精度的前提下，通过定位工装300和慢走丝线切割机的配合，快速高效地完成对叶片毛坯100的加工，单片带冠涡轮叶片的加工时间基本控制在2到4个小时，加工周期短，且带冠涡轮叶片的加工面应力小，表面质量好，能够显著降低加工报废率，降低生产成本，适用于批量生产。由于电加工所导致的切割表面产生重熔层是难以避免的，本实施例经过验证，采用慢走丝线切割机对叶片毛坯100加工时，加工表面的重熔层在5μm以下，在经过步骤S400之后，可以除去。

可选的，步骤S100具体为：在叶片毛坯100的叶身4的背面选取三个不同位置的定位点，分别为A1点、A2点以及A3点，在叶身4的进气侧边选取两个不同位置的定位点，分别为B1点和B2点，在叶冠3的内侧选取一个定位点，为C点，根据前述的六个定位点获取叶片毛坯100的定位基准，并将叶片毛坯100的定位基准采用线切割法转化为机加工基准。

可选的，步骤S200具体为：定位工装300设置为四个，且四个定位工装300均根据前述的六个定位点设计获取，每个定位工装300均能够限制叶片毛坯100沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动。由于叶片毛坯100需要加工多个位置，因此，设置四个定位工装300，叶片毛坯100安装在不同的定位工装300上时，便于加工不同的位置。

可选的，步骤S300包括以下步骤：

S301、将叶片毛坯100夹持定位于第一个定位工装300中，采用慢走丝线切割机加工榫头1的加工背面11和加工正面12，其中加工背面11与叶身4的背面位于同一侧。本实施例先采用慢走丝线切割机对加工榫头1的加工背面11和加工正面12进行加工，榫头1的厚度较厚，因此，叶片毛坯100的首次加工位置选择加工背面11和加工正面12，加工厚度可以提高且不至于损坏叶片毛坯100，保证自由曲面结构的叶片毛坯100不会损坏。加工背面11和加工正面12分别为榫头1的两个侧面。

可选的，在步骤S301之后，还包括以下步骤：

S302、将叶片毛坯100夹持定位于第二个定位工装300中，采用慢走丝线切割机加工榫头1的第一端面13和前缘板2的第二端面21，其中，第一端面13和第二端面21均与叶身4的进气侧边的定位点位于同一侧。榫头1的加工背面11和加工正面12完成加工之后，榫头1的厚度变薄，但榫头1的长度还未改变，将叶片毛坯100夹持定位于第二个定位工装300中，方便慢走丝线切割机加工榫头1的第一端面13和前缘板2的第二端面21，避免受到第一个定位工装300对第一端面13和第二端面21阻挡，且叶片毛坯100的第二次加工位置是加工榫头1的第一端面13和前缘板2的第二端面21，第一端面13的表面积和第二端面21的表面积都小于加工背面11的加工面积和加工正面12的加工面积，榫头1第二次加工时的受力值小于第一次加工时的受力值，加工厚度可以提高且不至于损坏叶片毛坯100，保证自由曲面结构的叶片毛坯100不会损坏。

可选的，在步骤S302之后，还包括以下步骤：

S303、将叶片毛坯100夹持定位于第三个定位工装300中，采用慢走丝线切割机加工榫头1的第三端面14和前缘板2的第四端面22，其中，第三端面14和第四端面22均背离于叶身4的进气侧边的定位点。步骤S303产生的技术效果与步骤S302产生的技术效果一致，而本实施例先对同一侧的第一端面13和第二端面21进行加工，之后再将叶片毛坯100从第二个定位工装300上拆下并装入第三个定位工装300中，再对同一侧的第三端面14和第四端面22进行加工，只需要拆装两次即可对四个端面进行加工，减少拆装次数，提高加工效率。

可选的，在步骤S303之后，还包括以下步骤：

S304、将叶片毛坯100夹持定位于第四个定位工装300中，采用慢走丝线切割机加工榫头1的两个沉头平面15，使两个沉头平面15之间的距离保持在预设范围内，其中，一个沉头平面15与第一端面13位于同一侧，另一个沉头平面15与第三端面14位于同一侧。

可选的，在步骤S304之后，还包括以下步骤：

S305、采用电火花成型机床电加工榫头1的沉头16。

具体的，本实施例先在榫头1上加工出沉头平面15再加工得到沉头16，保证沉头16的加工精度，避免沉头16被沉头平面15产生的毛刺刮花。在本实施例中，慢走丝线切割机为精密数控慢走丝线切割机，电火花成型机床为数控电火花成型机床，采用慢走丝线切割机能够保证加工速度，采用电火花成型机床能够保证加工精度，二者配合定位工装300，能够快速高效地完成对叶片毛坯100的加工。

可选的，在步骤S305之后，还包括以下步骤：

S306、采用慢走丝线切割机加工叶冠3。

可选的，步骤S400包括以下步骤：

S401、对叶片半成品的表面去毛刺。

S402、对叶片半成品的表面喷玻璃丸。

S403、清洗叶片半成品表面的污染物。

S404、对叶片半成品的表面进行荧光检测。

S405、对检测合格的叶片半成品清洗，并再次检验，最终将合格的叶片成品200入库。

具体的，慢走丝线切割机和电火花成型机床对叶片毛坯100加工完成得到叶片半成品之后，依次对叶片半成品的表面去毛刺、喷玻璃丸、清洗污染物、进行荧光检测，荧光检测合格的产品再清洗，去除荧光残留物，并再次检验，最终将合格的叶片成品200入库，避免不合格产品入库。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种带冠涡轮叶片的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：

S100、获取叶片毛坯(100)的定位基准，并将所述叶片毛坯(100)的定位基准采用线切割法转化为机加工基准；

S200、根据所述机加工基准设计定位工装(300),使所述定位工装(300)能够限制所述叶片毛坯(100)沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动；

S300、将所述叶片毛坯(100)夹持定位于所述定位工装(300)中，采用慢走丝线切割机加工所述叶片毛坯(100)的榫头(1)、前缘板(2)以及叶冠(3)，获取叶片半成品；

S400、对所述叶片半成品的表面进行清洁处理，并进行荧光检测，获取叶片成品(200)。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述步骤S100具体为：在所述叶片毛坯(100)的叶身(4)的背面选取三个不同位置的定位点，在所述叶身(4)的进气侧边选取两个不同位置的定位点，在所述叶冠(3)的内侧选取一个定位点，根据前述的六个定位点获取所述叶片毛坯(100)的定位基准，并将所述叶片毛坯(100)的定位基准采用线切割法转化为所述机加工基准。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤S200具体为：所述定位工装(300)设置为四个，且四个所述定位工装(300)均根据前述的六个定位点设计获取，每个所述定位工装(300)均能够限制所述叶片毛坯(100)沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的移动以及绕X轴、Y轴以及Z轴的转动。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述步骤S300包括以下步骤：

S301、将所述叶片毛坯(100)夹持定位于第一个所述定位工装(300)中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头(1)的加工背面(11)和加工正面(12)，其中所述加工背面(11)与所述叶身(4)的背面位于同一侧。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S301之后，还包括以下步骤：

S302、将所述叶片毛坯(100)夹持定位于第二个所述定位工装(300)中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头(1)的第一端面(13)和所述前缘板(2)的第二端面(21)，其中，所述第一端面(13)和所述第二端面(21)均与所述叶身(4)的进气侧边的定位点位于同一侧。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S302之后，还包括以下步骤：

S303、将所述叶片毛坯(100)夹持定位于第三个所述定位工装(300)中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头(1)的第三端面(14)和所述前缘板(2)的第四端面(22)，其中，所述第三端面(14)和所述第四端面(22)均背离于所述叶身(4)的进气侧边的定位点。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S303之后，还包括以下步骤：

S304、将所述叶片毛坯(100)夹持定位于第四个所述定位工装(300)中，采用慢走丝线切割机加工所述榫头(1)的两个沉头平面(15)，使两个所述沉头平面(15)之间的距离保持在预设范围内，其中，一个所述沉头平面(15)与所述第一端面(13)位于同一侧，另一个所述沉头平面(15)与所述第三端面(14)位于同一侧。

8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S304之后，还包括以下步骤：

S305、采用电火花成型机床电加工所述榫头(1)的沉头(16)。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S305之后，还包括以下步骤：

S306、采用慢走丝线切割机加工所述叶冠(3)。

10.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述步骤S400包括以下步骤：

S401、对所述叶片半成品的表面去毛刺；

S402、对所述叶片半成品的表面喷玻璃丸；

S403、清洗所述叶片半成品表面的污染物；

S404、对所述叶片半成品的表面进行荧光检测；

S405、对检测合格的所述叶片半成品清洗，并再次检验，最终将合格的所述叶片成品(200)入库。

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