铝合金薄壁叶片颤振抑制方法及其切削刀具的钝化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种叶片颤振抑制方法，具体涉及一种铝合金薄壁叶片颤振抑制方法及其切削刀具的钝化方法。
【背景技术】
[0002]增压级转子是小型涡轮发动机中压气机的核心技术，一般为开式整体叶盘结构，材料多为铝合金、钛合金；叶片属于典型的悬臂结构，加工过程中在切削力的作用下极易出现颤振现象，严重影响叶片加工质量甚至导致产品报废。
[0003]传统颤振抑制方法有切削参数优化、刀具轨迹优化以及填充物法等，其中填充物法应用最广，精加工前在叶片之间加入锡铋合金、油土料或石膏等材料的填充物，从而增加工艺刚性以及阻尼吸振，达到抑制振颤的目的，如图1所示。
[0004]传统的切削参数优化、刀具轨迹优化方法都只能解决特定的颤振问题，通过加入填充物抑制叶片颤振的方法虽然可以改善叶片颤振问题，但也带来一系列其他问题:(I)由于需要在精加工前拆下工件以加入填充物，工艺准备时间大大增加；(2)加工过程中，填充物与刀柄干涉，需要额外的加工或填充物清理；(3)在加入填充物以及填充物固化过程中，会导致叶片变形，影响加工精度；(4)部分材料的填充物会损害机床过滤系统以及污染切肩；(5)使用锡铋合金等材料填充物价格昂贵，增加制造成本。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种铝合金薄壁叶片颤振抑制方法及其切削刀具的钝化方法，采用该方法能够在不使用填充物等辅助手段的条件下，实现对铝合金薄壁叶片的无颤振切削。
[0006]所述的铝合金薄壁叶片颤振抑制方法为:切削铝合金薄壁叶片时所采用的刀具为经过下述步骤进行钝化后的刀具:
[0007]步骤一:磨料钝化，即将刀具刃口部位放入磨料中，驱动刀具旋转并在磨料中沿水平和竖直方向运动；所述刀具为无涂层球头铣刀；
[0008]所述磨料的制备方法为:使用高分子聚合物与碳化硅磨粒混合，形成磨粒混合物，磨粒混合物的磨粒尺寸为10 μπι?50 μm ;然后在磨粒混合物中加入润滑剂形成半固态磨料；
[0009]步骤二:切削钝化，即通过切削铝合金毛坯使刀具刃口自然倒钝，所述铝合金毛坯为半球形或叶片形；
[0010]所述步骤一中钝化参数为:刀具旋转线速度Vc = 7m/min-25m/min，进给速度F=100mm/min-500mm/min,钝化时间t = 10min-30min ;所述步骤二中切削钝化时间为lh-30ho
[0011]所述的铝合金薄壁叶片无颤振切削刀具的钝化方法为:
[0012]步骤一:磨料钝化:即将刀具刃口部位放入磨料中，驱动刀具旋转并在磨料中沿水平和竖直方向运动；
[0013]所述磨料的制备方法为:使用高分子聚合物与碳化硅磨粒混合，形成磨粒混合物，磨粒混合物的磨粒尺寸为10 μπι?50 μπι ;然后在磨粒混合物中加入润滑剂形成半固态磨料；
[0014]步骤二:切削钝化，即通过切削铝合金毛坯使刀具刃口自然倒钝，所述铝合金毛坯为半球形或叶片形。
[0015]所述步骤一中钝化参数为:刀具旋转线速度Vc = 7m/min-25m/min，进给速度F=100mm/min-500mm/min,钝化时间t = 10min-30min ;所述步骤二中切削钝化时间为lh-30ho
[0016]每千克磨粒混合物中加入500mL-1000mL润滑剂。
[0017]有益效果:
[0018]通过对切削刀具进行特定的钝化来实现铝合金薄壁叶片的振颤切削，能够有效抑制铝合金薄壁叶片加工颤振现象，可实现更高的叶片加工精度，同时也保证了叶片表面质量。且相较于传统的用于改善叶片颤振问题的方法比，不占用机床工时，大大降低准备时间，无需使用填充物等辅助手段。
【附图说明】
[0019]图1为传统填充物法进行颤振抑制的示意图；
[0020]图2为切削刀具钝化后的效果示意图；
[0021]图3为刀具切触区的局部放大示意图。
[0022]其中:1_球头铣刀、2-切触区
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0024]本实施例提供一种切削铝合金薄壁叶片时的颤振抑制方法，该方法改变传统的解决叶片颤振问题的思路，从切削刀具出发，对其切削刀具采用特定的钝化方法，采用通过该方法钝化后的刀具切削铝合金薄壁叶片，能够在不使用填充物等辅助手段的条件下，达到抑制振颤的目的，实现无颤振切削，从而有效保证叶片的切削质量。
[0025]所述的颤振抑制方法的思路为:通过精加工刀具刃口形成光滑的RlO μm范围的钝化圆角，具备较高的耐磨性，起到抑制再生型颤振和摩擦性颤振的作用，达到无颤振切削的目的。
[0026]为实现颤振抑制的目的，其重点在于对切削刀具的钝化，其钝化步骤包括刀具磨料钝化和刀具切削钝化。首先对刀具进行选型，选用3-4刃无涂层球头铣刀，为保证刃口圆角的耐磨性，刀具材质采用硬质合金。同时刀具磨料钝化时的磨料不可使用常规干式磨料，需采用如下方法制备磨料:使用高分子聚合物(如硅橡胶聚合物)与碳化硅磨粒混合，混合后磨粒尺寸在10 μ m到50 μ m之间，加入润滑剂进行粘度调整，每千克磨料加入500mL-1000mL润滑剂，形成半固态磨料。调整润滑剂加入量，使得半固态磨料具有粘弹性、柔软性、流动性，不粘连金属等特性，保证既能倒圆角又能起到表面抛光效果。
[0027]刀具磨料钝化时，将所选择的无涂层球头铣刀的刃口部位放入采用上述方法制备的磨料中，驱动刀具旋转并在磨料中沿水平和竖直方向运动，钝化参数为:刀具旋转线速度Vc = 7m/min-25m/min，进给速度 F = 10Omm/min-500mm/min,纯化时间 t = 10min_30min。
[0028]对刀具进行磨料钝化后，再进行切削钝化，即通过切削铝合金毛坯使刀具刃口自然倒钝，铝合金毛坯为半球形或叶片形，切削过程中保证刀具刃口实际工作区域(即精加工叶片时的切触区(2)均匀磨损。切削钝化时间t = lh-30h，切削钝化时间依据刀具和切削参数调整。
[0029]通过上述步骤对刀具钝化后，在刀具寿命范围内进行叶片精加工即可实现无颤振切削。所述的刀具寿命范围指采用该刀具进行叶片加工直至颤纹再次出现时刀具的使用时间，加工LD7等铝合金材料，刀具寿命通常可达2000h-2600h。
[0030]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.铝合金薄壁叶片颤振抑制方法，其特征在于:切削铝合金薄壁叶片时所采用的刀具为经过下述步骤进行钝化后的刀具: 步骤一:磨料钝化，即将刀具刃口部位放入磨料中，驱动刀具旋转并在磨料中沿水平和竖直方向运动；所述刀具为无涂层球头铣刀； 所述磨料的制备方法为:使用高分子聚合物与碳化娃磨粒混合，形成磨粒混合物，磨粒混合物的磨粒尺寸为10 μπι?50 μπι ;然后在磨粒混合物中加入润滑剂形成半固态磨料； 步骤二:切削钝化，即通过切削铝合金毛坯使刀具刃口自然倒钝，所述铝合金毛坯为半球形或叶片形。2.如权利要求1所述的铝合金薄壁叶片颤振抑制方法，其特征在于:所述步骤一中钝化参数为:刀具旋转线速度Vc = 7m/min-25m/min，进给速度F = 100mm/min-500mm/min,钝化时间t = 10min-30min ;所述步骤二中切削钝化时间为lh_30h。3.铝合金薄壁叶片无颤振切削刀具的钝化方法，其特征在于: 步骤一:磨料钝化:即将刀具刃口部位放入磨料中，驱动刀具旋转并在磨料中沿水平和竖直方向运动； 所述磨料的制备方法为:使用高分子聚合物与碳化娃磨粒混合，形成磨粒混合物，磨粒混合物的磨粒尺寸为10 μπι?50 μπι ;然后在磨粒混合物中加入润滑剂形成半固态磨料； 步骤二:切削钝化，即通过切削铝合金毛坯使刀具刃口自然倒钝，所述铝合金毛坯为半球形或叶片形。4.如权利要求3所述的铝合金薄壁叶片无颤振切削刀具的钝化方法，其特征在于:所述步骤一中钝化参数为:刀具旋转线速度Vc = 7m/min-25m/min，进给速度F = 10mm/min-500mm/min,钝化时间t = 10min-30min ;所述步骤二中切削钝化时间为lh_30h。5.如权利要求3所述的铝合金薄壁叶片无颤振切削刀具的钝化方法，其特征在于??每千克磨粒混合物中加入500mL-1000mL润滑剂。6.如权利要求3所述的用于铝合金薄壁叶片无颤振切削刀具的钝化方法，其特征在于，所述刀具的材质为硬质合金。
【专利摘要】本发明提供一种铝合金薄壁叶片无振颤切削抑制方法及其切削刀具的钝化方法，通过对切削刀具进行特定的钝化，能够在不使用填充物等辅助手段的条件下，实现对铝合金薄壁叶片的无振颤切削。其中刀具的钝化包括刀具磨料钝化以及切削钝化，刀具磨料钝化时采用特殊方法制备的磨料，通过上述步骤对刀具钝化后，使用调整后的参数在刀具寿命范围内进行叶片精加工即可实现无振颤切削。
【IPC分类】B23P15/34, B23C3/18
【公开号】CN105149895
【申请号】CN201510627635
【发明人】孙晶, 罗远锋, 王永飞, 李垒栋, 孙科文, 秦艺伟
【申请人】北京动力机械研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月28日