一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工刀具及其方法

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一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工刀具及其方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于航空发动机制造技术，具体涉及航空发动机上多级盘毂转子单元体深腔或其它零件深腔加工技术。\n背景技术\n[0002] 航空发动机结构向轻量化、整体化、复合化的方向发展，未来的航空发动机对各零部件的要求是强度高，刚度好，重量轻。新型整体多级盘毂转子单元体结构是现代高推重比航空发动机采用的一种新型结构部件，与传统单级整体叶盘相比，它是将轴颈、盘及毂筒作为一个零件进行单元体整体加工，避免了单个零件安装和焊接结构带来的诸多缺点。新型多级盘毂转子单元体结构，深腔结构主要包括内腔篦齿5、内腔二级辐板6、内腔锥面7三部分。将多级盘毂转子作为一个单元体整体，具有减重、增效和提高可靠性等优点，对于提高航空发动机总体性能具有十分重要的意义。\n[0003] 国内外，单个整体叶盘的加工制造技术已日趋成熟，新型整体多级盘毂转子单元体的加工在国内尚属首次。对于多级整体叶盘，目前国内外都是采用单个零件的加工方法，以螺栓或焊接的方式连接，不仅加工周期长，而且制造成本高。采用螺栓连接，零件数量多，并且需要大量的装配及返修工作；采用焊接连接，对焊接技术和焊接变形的控制有很高的要求，目前国内还没有采用此方法的成熟加工技术。多级盘毂转子单元体是在一个锻件毛坯上，将轴颈、盘及毂筒等整体加工出来，省去了以往环形槽，叶片榫根，焊接等结构和加工形式， 在国内尚属首次。采用单元体加工，就会形成深腔，深腔部分，采用以往的加工方法及通用刀具，零件变形非常大且无法满足设计需求。对于连续多级深腔结构，目前国内还没有成熟的加工技术及方法。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是：摸索出一种能够有效加工深腔的工艺方法，通过自制刀具，确定加工顺序、进给路线及刀具，解决了多级盘毂转子单元体的深腔加工技术，并有效控制加工过程中的变形，提高生产效率，确保多级盘毂转子单元体的深腔加工质量及加工精度。\n[0005] 本发明的技术方案是：\n[0006] 一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工刀具，包括第一刀具1、第二刀具2、第三刀具3和第四刀具4，其中，第一刀具1，用来精加工所有深腔结构，其后角取α=15°～18°；\n第二刀具2，用来粗加工内腔二级幅板；第三刀具3，用来精加工内腔二级幅板，车加工内腔锥面7时，第三刀具3前角γ=8°～10°，第三刀具3主偏角90°～93°；第四刀具4，用来粗加工所有深腔结构时，其副后角取8°～10°，用来精加工内腔篦齿时，其副后角取14°～16°。\n[0007] 第一刀具1、第二刀具2、第三刀具3和第四刀具4，自制刀具圆弧半径R要标准。\n[0008] 一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工方法，具体加工步骤如下：\n[0009] 步骤一、使用标准刀具或刀片对零件毛坯进行粗加工，车加工出内、外型面基本轮廓，所留余量要求均匀；\n[0010] 步骤二、人工时效去除零件加工应力；\n[0011] 步骤三、使用标准刀具或刀片对零件精加工，先加工内腔型面，内腔型面车加工到尺寸后，再加工外形部分；\n[0012] 步骤四、先加工基准A、B，保证精加工的定位面精度；\n[0013] 步骤五、采用反面车加工的方法，车加工内腔二级辐板6，采用循环数控加工程序，分层去除余量，用第二刀具2刀径向切入，车出二级辐板的左端，成形刀径向摇出，再换第三刀具3，从该二级辐板的右端切入，车出其左端；\n[0014] 步骤六、使用第二刀具2和第三刀具3，车加工内腔锥面7，采用与步骤五相同的加工方法；\n[0015] 步骤七、使用第四刀具4，车加工内腔篦齿5；\n[0016] 步骤八、使用第一刀具1，接平所有接刀痕迹，保证加工面的粗糙度。\n[0017] 本发明所产生的有益效果：\n[0018] 新型整体多级盘毂转子单元体结构的零件少、重量轻，是现代高推重比发动机采用的一种新型结构部件，能进一步提高发动机的推重比和可靠性，受到各国航空发动机部门的高度重视。型整体多级盘毂转子单元体结构，是将轴颈、整体叶盘及毂筒（共6个零件）作为一个零件进行单元体整体加工，省去了常规各个轴颈、盘及毂筒之间的连接（通常采取螺栓或焊接的连接方式），极大的减少了零件的加工数量（3处连接，一圈按32孔计算，省去螺栓96个），省去了装配时间，生产效率较高，加工完成后具有明显的减重、增效和提高可靠性等优点。与常规方法相比，采用整体加工后，零件加工周期由原来6 个月，直接缩短了60天，成本降低80余万元。从发展角度看，通过积累经验和开发提高，形成批量加工能力后，其经济效益是非常显著的。本项目所总结的内腔加工及控制加工变形的方法也已广泛的应用于其它试验件的加工。\n附图说明\n[0019] 图1 5代表内腔篦齿、6代表二级辐板、7代表内腔锥面\n[0020] 图2加工过程中所用刀具示意图\n具体实施方式\n[0021] 下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述，请参阅图1和图2。\n[0022] 如图1所示，新型多级盘毂转子单元体结构，深腔结构主要包括内腔篦齿5、内腔二级辐板6、内腔锥面7三部分。\n[0023] 一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工刀具，包括第一刀具1、第二刀具2、第三刀具3和第四刀具4，其中，第一刀具1，用来精加工所有深腔结构，其后角取α=15°～18°，减少加工表面与后刀面间的摩擦，目的是增加车刀强度，提高刀具寿命；第二刀具2，用来粗加工内腔二级幅板；第三刀具3，用来精加工内腔二级幅板，车加工内腔锥面7时，第三刀具3前角γ=8°～10°，第三刀具3主偏角90°～93°，其目的是降低径向力，避免零件振动；第四刀具4，用来粗加工所有深腔结构时，其副后角取8°～10°，用来精加工内腔篦齿时，其副后角取14°～16°，目的减少刀具与已加工表面之间的摩擦和表面粗糙度。\n[0024] 第一刀具1、第二刀具2、第三刀具3和第四刀具4，自制刀具圆弧半径R要标准。\n[0025] 一种新型整体多级盘毂转子单元体深腔加工方法，具体加工步骤如下：\n[0026] 步骤一、使用标准刀具或刀片对零件毛坯进行粗加工，车加工出内、外型面基本轮廓，所留余量要求均匀；\n[0027] 步骤二、人工时效去除零件加工应力；\n[0028] 步骤三、使用标准刀具或刀片对零件精加工，先加工内腔型面，内腔型面车加工到尺寸后，再加工外形部分；\n[0029] 步骤四、先加工基准A、B，保证精加工的定位面精度；\n[0030] 步骤五、采用反面车加工的方法，车加工内腔二级辐板6，采用循环数控加工程序，分层去除余量，用第二刀具2刀径向切入，车出二级辐板的左端，成形刀径向摇出，再换第三刀具3，从该二级辐板的右端切入，车出其左端。\n[0031] 步骤六、使用第二刀具2和第三刀具3，车加工内腔锥面7，采用与步骤五相同的加工方法；\n[0032] 步骤七、使用第四刀具4，车加工内腔篦齿5\n[0033] 步骤八、使用第一刀具1，接平所有接刀痕迹，保证加工面的粗糙度。