空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107717364A(43)申请公布日2018.02.23(21)申请号201710762347.3(22)申请日2017.08.30(71)申请人枣庄北航机床创新研究院有限公司地址277500山东省枣庄市滕州市经济开发区机械工业园鲁班大道西侧、人才驱动中心四楼申请人中国航发贵州黎阳航空动力有限公司(72)发明人张云陈志同夏峥嵘全芳朱正清(74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有限公司11260代理人郑立明赵镇勇(51)Int.Cl.B23P15/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法(57)摘要本发明公开了一种空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法，包括步骤：设计涡轮叶片铸造毛坯模型，铸造出叶片毛坯，保留叶片的6个自由度的定位基准点或其等效结构；在叶片榫头部位安装上快换夹具托盘或测量夹具，对叶片进行准确定位；采用工业CT测量装置对叶片内腔、叶片内外形和其它相关表面及辅助定位基准等的点云数据，并进行拟合后，设计坐标系，对叶片上的辅助定位基准、叶身外形进行磨削加工或铣削加工；根据加工后的叶身外形对叶片进行定位夹紧，并利用榫头磨削机床加工叶片榫头等端部结构；利用榫头定位对叶片上的气膜孔进行加工。简化了铸造过程同时保证叶片内腔和外形制造精度，并保证二者相对位置精度的严酷要求，可以显著提高空心涡轮叶片的制造合格率。CN107717364ACN107717364A权利要求书1/2页1.一种空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法，其特征在于，在精密铸造阶段将叶片内腔形状直接铸造到符合设计要求的形状和精度并给叶片的外形保留一定数量的加工余量，通过工业CT检测装置检测到叶片内腔的点云数据后计算出叶片内腔对应的实际坐标系的姿态和位置，并按照该坐标系为基准在数控机床上加工叶片的外形到设计要求的形状、位置和精度范围之内，具体的步骤如下：步骤一：对空心涡轮叶片的外形进行分析，对辅助定位基准和涡轮叶片的外形增加0.1-1mm左右的余量设计涡轮叶片铸造毛坯模型；步骤二：按照外形留有机械加工余量的叶片铸造毛坯模型采用精密铸造叶片方法铸造出叶片毛坯，其中保留叶片的6个自由度的定位基准点或其等效结构；步骤三：在叶片榫头部位安装上具有规则外形的快换夹具托盘或其它形状经过机械加工的用于叶片安装的具有精确定位面的测量夹具，该快换托盘和测量夹具用于在叶片测量和加工时候对叶片进行准确定位，以便确定测量数据所基于的坐标系或在机床上使叶片具有确定的位置；步骤四：采用工业CT测量装置对包含快换夹具托盘或具有安装基准的叶片测量夹具在内的叶片内腔的点云数据(A1)、外形进行测量获得叶片内外形和其它相关表面的点云数据(A2)和叶片测量夹具或快换夹具上的定位面点云数据(B),以及叶片上的辅助定位基准的点云数据(C)；步骤五：分别对定位几何要素(B、C)和叶片内部型腔点云数据(A1)进行拟合,按照叶片内腔优化出叶片基准或坐标系的最佳位置，即当前叶片测量夹具上的坐标系(PCS2)和基于当前叶片测量基准(PCS2)的叶片设计坐标系(PCS1)；步骤六：按照叶片测量基准(PCS2)和叶片设计坐标系(PCS1)之间的坐标变换关系确定叶片上的辅助定位基准和叶身外形相对叶片测量基准(PCS2)之间的几何位置关系，将叶片通过定位面安装于机床上，并对叶片上的辅助定位基准(C)或/和叶身外形进行磨削加工或铣削加工；步骤七：根据机械加工后的叶身外形对叶片进行定位夹紧，并利用榫头磨削机床加工叶片榫头等端部结构；步骤八：利用榫头定位对叶片上的气膜孔进行加工。2.根据权利要求1所述的空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法，所述的叶片外形的加工方法为铣削和抛光、磨削和抛光，但对于硬度较高的材料，主要采用超硬砂轮磨削和抛光的方法以提高加工过程的稳定性和降低加工成本。3.根据权利要求1所述的空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法，先加工叶片上的辅助基准，然后以这些辅助基准面将叶片安装在其它夹具上对叶片外形进行加工，并在叶片外形加工完成后利用叶身定位对叶片榫头和叶冠进行加工并达到预定的设计要求，所述辅助基准包括预留的工艺凸台的表面。4.根据权利要求1所述的空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法，利用多自由度平台依据叶片CT扫描结果进行调整将叶片的内腔坐标系调整到与机床上的一个给定的坐标系重合，并利用低熔点合金将叶片与另外一叶片夹具连接起来，将叶片内腔的基准转换到该夹具的定位面上，将内腔不一致的涡轮叶片外形的加工转换成基准相同的构件的加工，以便采用同样的程序对不同的叶片进行加工。