[发明专利]整体式三元流叶轮粗加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及整体式叶轮加工领域，特别涉及硬质材质的整体式三元流叶轮的粗加工方法。

背景技术

在金属材质叶轮的粗加工过程中，通常采用球形刀具铣削，而为了提高效率，通常先选用较大的直径刀具粗开，越往下，流道空间越窄，再换使用小直径球形刀具。在叶片周边由于刀具圆角的影响，残留有一定量的毛坯，当由大直径刀具切换到小直径刀具时，由于刀具半径的不同，在叶片与起始切削层的连接处，造成小直径刀具切削深度异常加深，特别是对于大型不锈钢、合金钢、钛合金等硬质金属叶轮，往往小直径刀具刚一下刀，即造成刀片的崩刃损坏。

通常的方法是将小直径刀具的起始切削层抬高，但是该方法造成了在残留毛坯间的大量空走刀，增加了加工时间，降低了生产效率。或者是以清角的方式去除残留的毛坯，但模型中默认的R角是在叶片与轮毂的连接处，而非加工过程中叶片与毛坯的连接处，这势必增加重新造型、建立CAD模型的步骤，且分层越多，即使用的刀具种类越多，则重新造型的次数越多，影响工作效率。

申请专利号为CN200810038261.7的说明书公开的一种整体叶轮加工方法，其倒圆清根步骤中，介绍了加工刀具的半径小于流道和叶片相接的最小倒圆半径，将易导致最小倒圆半径小于预先设计值。

申请专利号为CN200610125473.X的说明书公开的一种整体叶轮叶片的插铣刀加工方法，刀具采用插铣刀，插铣刀在叶片上的走刀方向为叶轮径向，此法对于沿叶轮径向方向安装的平面叶片适用，对于立体结构的三元流叶轮叶片不适用。

《风机技术》2004年第2期刊登的“五坐标铣制窄流道三元流叶轮的工艺方法”一文中，将流道长度方向上分成两段：较宽处用直径较大的刀，较窄处用直径较小的刀；其次，由于流道很深，故需分若干层来铣制，每层走一定的深度；并且减小切深和吃刀量，以减小刀具所受抗力。该方法加工效率较低，且不能很好地解决圆弧倒角清角的难题。

发明内容

发明目的：克服传统整体式叶轮加工时间长，刀具易损坏的缺点，提供一种利用球头半径较小的铣刀在叶片全长方向上粗开清角、效率提高的整体式三元流叶轮粗加工方法。

技术方案：本发明的整体式三元流叶轮粗加工方法，用于不锈钢、合金钢或者钛合金材质的整体式三元流叶轮的粗加工。采用球形铣刀将每两片叶片之间的流道内材料铣削除去，铣削由叶片轮盖侧开始，逐步向叶片轮毂侧推进；铣削完成后，在叶片与轮毂连接处留下预先设计好的半径为r的圆弧倒角r。

包含以下工艺步骤：

1)、根据流道空间的变化情况确定铣削层数和每层的铣削深度，随着铣削深度由浅变深，流道空间由大变小，采用的球形铣刀的规格由大到小逐步变换；

2)、某一层采用该流道空间允许使用的最大规格球形铣刀进行铣削加工，设定其某一层铣刀的球头半径为Ra，铣削后叶片旁边留下圆弧倒角A，铣削至某一层的铣削面；

3)、确定下一层允许使用的最大规格球形铣刀，设定其半径为Rb，采用半径不大于Rb的球形铣刀将圆弧倒角A粗开，粗开过程为：在距离叶片侧面表面为Ra宽度、距离某一层的铣削面为Ra高度的区域，在叶片全长方向上进行铣削加工，铣削圆弧倒角A的多余量；

4)、采用半径为Rb的球形铣刀进行下一层的铣削加工，铣削后叶片旁边留下圆弧倒角B；

5)、上述2-4步骤重复进行；

6)、最后一层，采用最后一层铣刀的球头半径R的球形铣刀进行铣削，铣削深度至轮毂上表面，铣削后叶片旁边留下圆弧倒角R；

7)、采用最后一把铣刀的球头半径r的球形铣刀，将圆弧倒角R粗开，其粗开过程为：在距离叶片侧面为R宽度、距离轮毂上表面为R高度的区域，在叶片全长方向上进行铣削加工，铣削圆弧倒角R的多余量，最终得到预先设计的半径为r的圆弧倒角r。

上述步骤中，所采用的铣刀半径满足：Ra≥Rb≥R≥r。

本发明中，所述的步骤2)或3)中，可采用比该流道空间允许使用的最大规格球形铣刀小一规格的标准球形铣刀进行铣削加工；

所述的步骤3)中粗开的方法可以是：走刀步长为叶片全长的1/5-1/20，一次走刀深度为Ra/2-Ra/5，走刀次数为2次-5次。所述的步骤7)中粗开的方法可以是：走刀步长为叶片全长的1/5-1/20，一次走刀深度为R/2-R/5，走刀次数为2次-5次。

可以将上述的相关数据和工艺经过编程处理，由数控铣床或者数控加工中心进行所述的铣削加工。

所述的铣削优选采用的第一把球形铣刀为柳叶刀，最后一把球形铣刀为整体刀。所述的的铣削优选采用的第一把球形铣刀的材质为硬质合金钢、最后一把球形铣刀的材质为高速钢。