一种复杂压气机叶片进排边加工方法与流程

本发明涉及航空发动机压气机叶片的叶身型面的加工方法，特别是压气机叶片近排气边的加工方法。

背景技术：

航空发动机叶片是技术密集，高投入，高风险的产品，对航空发动机工作的安全性和可靠性产生直接影响。压气机是航空发动机的最关键的部件之一，对发动机推重比、寿命、可靠性、安全性、维护性等均有直接的影响。

国外先进航空发动机企业对于压气机叶片加工，具有较为先进的成熟的型面精密锻造、型面精密辊轧、精密电解、电火花加工、型面精密数控铣削、型面精密数控磨削、型面自动光整抛光等技术。但是，这些先进制造技术一直作为其国家的核心机密，很少对外报导，对我国科研人员更是严密封锁。因此对国外航空发动机叶片先进加工工艺了解不多。

国内航空发动机企业对于压气机叶片加工，普遍采用型面数控铣削加工技术。该技术的批生产加工工艺路线一般为：普通模锻件毛坯→有余量四轴/五轴数控铣加工→手工抛光精加工。在叶片型面加工精度精确控制方面，模锻叶片型面采用多轴数控加工技术，但数控编程、过程控制和测量方法落后，仍然采用手工抛光去除最后0.05～0.3mm余量来达到设计的最终要求。

特别是压气机叶片近排气边主要是依靠人工进行手工磨削与抛光的传统加工方法，这种加工方法因为加工效率低，工人劳动强度大，制造精度很难保证，产品一致性差，同时作业环境恶劣，粉尘污染严重，由此导致的主要问题是：叶片进排气边形貌精度难以控制，严重影响发动机的气动性能；叶片之间一致性差，影响发动机的运行寿命；制造周期长，难以满足新机研制的需求，制约了叶片的量产进度和质量；粉尘污染严重，不仅使环境破坏，而且容易使工人患上职业病。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种复杂压气机叶片进排边加工方法,能够较好的保证制造精度，提高进排气边的一致性，缩短制造周期。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤一、小余量模锻：叶片小余量锻造涉及锻造工艺、模具加工、检测技术、热处理技术、表面处理技术等方面，该单元工序最终产出单边余量约为0.3-0.6mm的叶片毛坯。

步骤二、榫头加工：榫头加工包括叶片浇注(基准转换)、榫头粗加工(铣削)、榫齿加工(拉削或数控缓磨)和榫头精加工(叶身余量调整)，该单元工序最终产出榫头已加工至设计尺寸而叶身型面未加工的半成品状态零件。

步骤三、无余量五轴数控铣叶身型面：该单元采用五轴数控加工中心进行叶身型面加工，采用三坐标测量机进行叶身型面检测，该单元工序最终产出叶身型面加工至设计公差内(偏上差)的零件。

步骤四、叶身抛光：该单元包括光整叶身型面、热处理和成品叶身型面检测，主要去除叶身表面刀具纹路，提高表面粗糙度。该单元工序最终产出叶身型面完全符合设计要求的零件。

步骤五、表面处理：该单元包括荧光检测、喷丸、测频和振动光饰等工序，主要对已加工至设计尺寸的叶片进行表面强化，增强疲劳强度，提高产品性能。该单元最终产出成品叶片。

本发明与现行复杂叶片进排气边加工方法对比，可以大幅降低手工抛光对产品造成的质量隐患，较好的保证了叶片进排气边形貌的制造符合性和一致性，提高产品性能。

具体来说，本发明加工方法的优异性表现在以下方面：

1.模锻：现行加工方法采用普通模锻，余量大，对后续数控加工影响较大；而本发明采用小余量模锻：余量小，对后续数控加工影响较小。

2.数控铣削：现行加工方法为四轴/五轴有余量加工，采用综合测具和样板检测，型面残留余量依靠手工抛光；本发明为五轴无余量加工，采用三坐标测量机检测，型面尺寸和形貌加工至设计要求范围。

3.叶身抛光：现行加工方法为去余量抛光，劳动强度大，手工加工精度低，产品一致性差；本发明为光整抛光，仅去除叶片表面刀花，劳动强度低，手工加工对产品的影响较低。

附图说明

图1是本发明的加工方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定；

本发明的复杂压气机叶片近排气边加工工艺方法包括小余量模锻→榫头加工→无余量五轴数控铣叶身型面→叶身抛光→表面处理。

叶片小余量模锻涉及锻造工艺、模具加工、检测技术、热处理技术、表面处理技术等方面，该单元工序最终产出单边余量约为0.3～0.6mm的叶片毛坯。

榫头加工中，叶片浇注采用毛料表面粗基准定位，从而进行基准转换采用合金块表面作为精基准定位夹紧，采用铣削进行大余量去除粗加工，然后根据叶片材料和榫齿结构采用拉削或五轴数控缓磨进行榫齿加工；在去除掉低熔点合金后再次进行基准转换采用精加工到设计尺寸的榫齿作为精基准，采用铣削进行榫头精加工，对叶身余量进行微调整。

余量五轴数控铣叶身型面采用五轴数控加工中心进行加工，叶片采用榫齿作为精基准进行定位夹紧，叶尖采用工艺凸台进行钻孔后顶尖进行辅助支撑，编程主要采用UG及TS系列软件(法拉利设备专用叶片模块)进行编程及优化，采用三坐标测量机进行叶身型面进行检测，技术要求该工序直接将叶身加工至设计要求公差范围内(即无余量加工)，一般公差为-0.03mm至+0.05mm，同时该工序对叶身进排气边形貌进行控制。

叶身抛光中，光整叶身型面是手工进行叶片表面刀花去除，对手工操作从操作者技能素质、抛光毡轮材料密度、光整部位顺序以及冷却变形控制等多方面进行优化，目前基本可以实现光整去除余量不超过0.02mm，能够较好的保证叶身型面尺寸和进排气边形貌；热处理主要是检查叶片材料内部缺陷，成品叶身型面检测是对产品进行最终三坐标测量验收。

表面处理包括喷丸、荧光检查、测频、振动光饰等内容，主要对已加工至设计尺寸的叶片进行表面强化，增强疲劳强度，提高产品性能。