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1、目 录1 绪论11.1 飞机发动机叶片安装体加工工艺设计的目的和意义11.2 国内外研究发展状况21.2.1 国内外涡轮盘材料发展应用状况21.2.2 国内涡轮盘加工情况31.3 小结42 工艺规程设计52.1 生产纲领与生产类型52.1.1 生产纲领52.1.2 生产类型52.2 零件的材料及结构分析52.2.1 零件材料分析52.2.2 零件结构分析62.3 毛坯的选择72.4 工艺规程设计72.4.1 定位基准的选择72.4.2 加工经济度与加工方法的选择92.4.3 加工路线的选择102.4.4 工序顺序的安排132.4.5 确定机械加工余量及毛坯尺寸162.5 工序设计182.5.1
2、 机床的选择182.5.2 夹具的选择192.5.3 刀具的选择192.6 切削用量的选择202.6.1 切削速度的选定202.6.2 进给量的选定212.6.3 切削速度的选定212.7 切削高温合金时的切削用量212.7.1 切削用量的选择原则212.7.2 高温合金的加工222.8 时间定额的计算242.8.1 技术时间定额的组成242.8.2 单件时间和单件工时定额计算公式252.9 编制工艺卡片253 旋风铣刀的设计523.1 刀片的选择533.1.1 刀片材料的选择533.1.2 刀片尺寸及外形543.2 铣刀刀体的确定553.3 附属零件的选用564 切槽用成型车刀的设计574.
3、1 成型车刀的用途和类型574.2 成型车刀前角和后角的选择及合理数值574.2.1 成型车刀前角选择原则574.22 成型车刀后角选择原则584.2.3 前角和后角的合理数值584.2.4 主偏角和副偏角的选择原则604.3 刀具角度计算614.4 成型车刀材料及尺寸的选择624.4.1 刀片材料及尺寸的选择624.4.2 刀体材料及尺寸的选择634.5 机夹方式634.6 成型车刀样板645 结论65参考文献66致谢681.绪论1.1 飞机发动机叶片安装体加工工艺设计的目的和意义我毕业设计的题目是飞机发动机叶片安装体加工工艺规程设计，这在飞机发动机制造方面具有很高的应用价值。众所周知，现代
4、国民的生活和安全保障均离不开航空航天工程。航空发动机的发展与高温合金的发展是齐头并进、密不可分的，前者是后者的主要动力，后者是前者的重要保证。发动机是一架飞机的“心脏”，而叶片是发动机的动力来源1。叶片必须固定在涡轮盘（叶片安装体）上,不能发生周向转动和轴向移动，并用套类零件将每个叶片隔开。涡轮盘 （也叫飞机叶片安装体） 是发动机重要的热端部件之一。它在极为苛刻的条件下工作，飞行时承受着启动-停车循环中的机械应力和温差引起的热应力的共同作用，因而要求材料具有足够的力学性能和理化性能，特别是在使用温度范围内要有尽可能高的低周循环疲劳和热疲劳性能，这是确定涡轮盘工作寿命的关键因素2。图1.1 飞机
5、发动机飞机发动机叶片安装体的结构工艺性很差,它没有退刀槽，槽两壁深度不同，径向槽内有轴向槽。同时，材料强度高、韧性大、难断屑、导热系数低，切削温度高，刀具磨损严重，刀具耐用度很低，因而切削加工性很差。特别是生产效率很低。目前，采用进口的硬质合金刀具材料， 在很低的切削速度下（12m/min）加工,其成本和质量都成为制约企业的难题。 为了赶上或超过先进国家的制造水平， 必须改进工艺、 革新刀具和采用先进制造技术，提高叶片安装体的生产效率，以适应国内航空军事的快速发展和未来可能的战事需要。1.2 国内外研究发展状况1.2.1 国内外涡轮盘材料发展应用状况适合制造涡轮盘的材料很多，但应用最多的是高温
6、合金。下面列举一些适合做涡轮盘的高温合金材料及其特性3：固溶强化型高温合金GH1040，在900-1000下短时使用可达足够高的瞬时强度，热加工塑性好，用于700以下的涡轮盘、轴和紧固件。时效硬化型铁基合金高温合金GH2036，合金成分简单，组织稳定，在600-650有较好的物理和力学性能，并有良好的切削加工性能，合金的膨胀系数大，用于650的涡轮盘、环形件和紧固件。时效硬化型铁基合金高温合金GH2135，有较好的热强性、热加工塑性良好，但疲劳性能差，切削加工性较差，表面渗铝后可提高抗氧化性，用于700-750的涡轮盘、工作叶片及其他高温部件。时效硬化型铁基合金高温合金GH2136，在700以
7、下使用有良好的综合性能，长期使用组织稳定，有较好的抗氧化性，并且线胀系数较小，易于焊接成形，用于650-700下的涡轮盘材料。时效硬化型镍基合金高温合金GH4033，在750有满意的高温强度，在900以下有良好的抗氧化性能，并有良好的热加工和械加工性能，易于锻轧成材,用于工作温度为700的涡轮叶片和750的涡轮盘等材料。综合考虑工作温度以及机械加工性能，高温合金GH4033更适合做涡轮盘的材料。目前，国外某些发达国家采用粉末冶金的方法来制造涡轮盘。俄罗斯粉末高温合金的研究始于是60年代末，1978年粉末高温合金涡轮盘正式在军用发动机上使用，至今已有20多年。俄罗斯的粉末高温合金发展始于军用航空
8、领域，并逐渐扩展到民用航空领域，在80年代末研制出-90A民用航空发动机盘件。现在，全俄年产高温合金粉末7000吨，可年产粉末涡轮盘40000件3。70年代以来，美国GE公司已在F101,F110,F404,T-700,CF6和CFM-56等军民用多种发动机上采用HIP热等静压处理，HIP+热模锻，HIP+HIF等温锻和EX挤压+HIF的Rene95粉末盘、轴等高温部件。在制造工艺方面，欧美国家采用的则是氩气雾化的制粉工艺，以挤压和等温锻为主的成形工艺，而俄罗斯在近几年也已建立了大气和真空条件下的等温锻装置，开展了粉末高温合金等温锻和超塑性锻造的研究3。我国粉末盘的研制从八十年代初开始，起步较
9、晚，重点仿制了Rene95合金，进行了母合金熔炼，氩气雾化制粉，粉末处理，热等静压成形，等温锻，热处理，超声检验及表面强化等研究。九十年代初从俄引进大型的用于工业化生产的等离子旋转电极制粉设备及盘件生产线，进行了包套模锻10A盘的试验研制。发现存在一些问题，因此目前我国倾向于采用HIP+等温锻或HIP+热模锻工艺路线。图1.2热等静压FGH95粉末涡轮盘与DD3单晶叶片1.2.2 国内涡轮盘加工情况国外很多涡轮盘的制造采用的是粉末冶金的办法。虽然粉末冶金可获得高致密的材料，但同时也带来了加工难的问题。具体表现在： 高硬度， 高强度， 高塑性和高韧性， 低塑性和高脆性， 低导热性， 有微观的硬质
10、点或硬夹杂物， 化学性质活泼等方面4。粉末高温合金的这些特性一般都使切削过程中的切削力加大，切削温度升高，刀具耐用度下降；同时还使得已加工表面质量恶化，切屑难以控制；最终则使加工效率和加工质量降低。例如，镍合金基体中的碳化物颗粒硬度可达90HRC。铣削加工这种材料时，涂层硬质合金刀片很快会发生后刀面磨损，主切削刃被磨损为扁平状；材料微观结构中存在的超硬颗粒会引起“微振颤”，导致刀片加速磨损；切削工件时产生的剪切应力还可能造成硬质合金刀片碎裂5。因此国内企业很少采用粉末冶金的方法来制造涡轮盘，大多采用机械加工的方法。据了解，我国涡轮盘制造效率很低，采用硬质合金切槽刀加工槽，即先用一把切槽刀加工径
11、向槽，再用另外一把切槽刀加工径向槽里面的轴向槽，最后精加工。这样一来，仅加工槽就用到三把刀，而且加工速度很慢，大概是45r/min，经计算工件的转速大约是2r/min。这样的加工速度无法适应未来的战事需求，从而也就无法捍卫祖国的天空。因此不仅要在材料方面对涡轮盘进行改进，还要在加工工艺和刀具方面进行改进和革新，来解决涡轮盘加工效率低下的问题。1.3小结由上可见，国内的传统工艺与国外先进的工艺相比还有一定差距。目前为了适应大规模生产需要，国内涡轮盘制造水平正在先世界先进水平靠近，特别是对先进技术和先进设备的引进，还有对工艺的改进和刀具的革新，国内制造水平和产品质量得到了很大提高。2.工艺规程设计
12、2.1 生产纲领与生产类型2.1.1 生产纲领产品的生产纲领就是年生产量。生产纲领及生产类型与工艺过程的关系十分密切，生产纲领不同，生产规模也不同，工艺过程的特点也相应而异。年生产纲领是设计或修改工艺过程的重要依据，是车间设计的基本文件6。飞机叶片安装体（也叫涡轮盘）的年生产量为1500件，这就是本工艺规程设计的生产纲领。2.1.2 生产类型机械制造业的生产类型一般分为三大类，即大量生产，成批生产和单件生产。其中，成批生产又可划分为大批生产，中批生产和小批生产。显然，产量愈大，生产专业化程度应该愈高。表1.1按重型机械、中型机械和轻型机械的年生产量列出了不同生产类型的规范，供编制工艺规程时参考
13、。表2.1 各种生产类型的规范6生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型机械中型机械轻型机械的单件生产520100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000500050000从表中可以看出，生产类型的划分一方面要考虑生产纲领即年生产量；另一方面还要必须考虑产品本身的大小和复杂程度7。涡轮盘年生产量为1500件，其结构铰复杂，属中型机械。因此，根据表11可知其生产类型为大批生产。2.2 零件的材料及结构分析2.2.1 零件材料分析涡轮盘的材料为高温合金GH4033，以45号刚的加工性为1
14、00,则高温合金的加工性仅为520，可以说高温合金是各种难加工材料中最难切削的材料。高温合金切削过程有以下特点8：（1）塑性变形较大：不同高温合金其伸长率相差很大，但都具有一定的塑性。（2）切削力很大：高温合金本身硬度并不高，但合金中有大量纯度高、组织致密的奥氏体固溶体存在，切削时塑性变形区晶格歪扭严重，因而硬度大大提高，使切削力增加。而且加工高温合金时冷硬现象严重，所以切削力很大，比切削一般钢材大23倍。（3）冷硬现象严重：切削高温合金时，已加工表面的硬度比基体硬度能高50100。（4）切削高温度高：高温合金在切削过程中产生较大的塑性变形，同时刀具与工件和切屑之间产生强烈摩擦，使切削力增大，
15、因此产生大量的切削热。（5）刀具易磨损：在高温合金中含有大量金属碳化物、氮化物、硼化物及金属间化合物，特别是相构成的硬质点。同时高温合金的高温强度很高，加工硬化严重，所以在切削过程中给刀具造成了巨大的摩擦和磨料磨损。（6）精度不易保证：切削高温合金时，切削温度很高，会造成工件热变形，使尺寸和形状精度发生变化，不易保证。（7）相含量的影响：高温合金中金属间化合物相含量越高越难加工。2.2.2 零件结构分析涡轮盘尺寸及结构如图2.1所示：该零件的图样视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但基准孔精度要求较高，要求表面粗糙度Ra0.8m有些。本零件除径向槽和轴向槽外的其他各表面加工并不困难。径向槽要求表面粗糙度Ra1.6m，要求不高，但深度较大（深75
