專利名稱：在渦輪葉片的生產(chǎn)中用于銑削坯料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在渦輪葉片的生產(chǎn)中用于銑削坯料的方法，該渦輪葉片在最終狀態(tài)具有用于固定到支架的至少一個葉片根、和鄰接該葉片根并且在縱向上延伸的一個葉片體。
背景技術：
由于它們必須忍受高熱和高機械負載，渦輪葉片由所稱的超級合金組成。這些合金總體上的特征在于例如>1000N/mm2的非常高的強度和耐高溫性。工具、尤其是用于機加工這樣的超級合金的銑削工具因此常常經(jīng)受高度磨損。此外，與更柔軟的鋼材相比，機加工速率顯著降低。為生產(chǎn)具有勾住支架的葉片根的此類渦輪葉片，使整體式坯料，即通常具有近似平行立面體形狀的工件，經(jīng)受銑削操作。
當從截面觀看時，渦輪葉片的葉片體通常具有近似翼型輪廓。EPl 034 865A1公開了機加工坯料的銑削方法，其中圍繞坯料以近似螺旋形狀引導銑刀，因此去除連續(xù)的材料直到完成期望的最終輪廓。在該方法中的機加工時間相對較長。

發(fā)明內(nèi)容
由此開始，本發(fā)明基于的目的是提供用于銑削坯料以生產(chǎn)尤其是由超級合金組成的渦輪葉片的一種改進的方法。根據(jù)本發(fā)明，通過具有權利要求I的特征的方法實現(xiàn)這個目標。該方法用來從單件的、整體式的坯料中生產(chǎn)渦輪葉片，其中該渦輪葉片具有至少一個葉片根以及在縱向上延伸的鄰接的葉片體。在此，坯料在其根側、即在葉片根處夾持到一個固定件上，然后在銑刀的輔助下機加工。在此提出，在前進方向上移動銑刀用于粗加工，根據(jù)擺線銑削方法將一種環(huán)形移動疊加到該前進移動上。在本例子中因此可以看到，一個主要方面在于，對于這樣的坯料，借助于擺線銑削方法實施粗加工以生產(chǎn)渦輪葉片。在擺線方法中，環(huán)形移動總體上疊加在前進移動上。銑刀僅受到較小程度的負載可以看成擺線銑削的優(yōu)點，當機加工超級合金時是特別有利的。在此描述的、從整體式坯料中生產(chǎn)渦輪葉片的方法中，使用合適的安裝裝置常常將整體式坯料在其相對端面處進行夾持。然而，可用于夾持的表面非常小，這意味著僅可以施加較小的保持力。尤其是在具有長度>50cm直到200cm的長度的渦輪葉片的情況下，在傳統(tǒng)的銑削方法中施加較大的力會引起問題。通過擺線方法負載保持較低。相比傳統(tǒng)的銑削方法，該工具磨損也比較低。結果是，銑削工具的使用壽命也大幅增加。在一個特別有利的實施方案中，提出在葉片體的區(qū)域中借助于擺線銑削方法機加工坯料。精確地說，為了在葉片體的區(qū)域中進行坯料的機加工，即遠離設置在端面上的固定件，在此擺線銑削由于其很小的負載而具有決定性的優(yōu)點。
優(yōu)選地提出，銑刀的前進方向是縱向方向；銑刀因此從葉片根開始，沿著葉片體在葉片體的縱向上受引導。擺線銑削方法尤其使用在大型渦輪葉片中。在此，相比傳統(tǒng)的用于渦輪葉片的銑肖IJ方法，可以實現(xiàn)相當?shù)臅r間節(jié)省以及因此的成本節(jié)省。在ー個有利的方式中，在粗加工過程中的整個材料的去除僅發(fā)生ー個工作步驟中，即銑刀在待機加工的位置上的単一移動。因此，不像傳統(tǒng)的銑削方法，在此不要求在待機加工的位置上多次移動銑刀即可實現(xiàn)期望的材料去除。在此描述的擺線銑削方法中，所稱的軸向切削深度，即銑刀在其銑刀縱軸的方向上進入到エ件的深度，因此對應于期望的材料去除，即待去除的材料深度。為了實現(xiàn)最小的工具磨損，在此優(yōu)選地進ー步提出，這個軸向切削深度對應于銑刀的切削刃的切削刃長度的大部分。由此意味著銑刀例如以其切削刃長度的至少70%-80%與エ件(坯料)接合。這總體上導致整個切削刃均勻地負載并且因此還均勻地磨損。相比傳統(tǒng)的銑削方法，其中尤其在超級合金的機加工過程中，相應的銑刀僅以其切削刃長度的一 部分與エ件接合，在此實現(xiàn)了大幅度減少工具磨損的整體效果。軸向切削深度在此優(yōu)選地是Mmm并且例如在5mm的范圍內(nèi)。為了實現(xiàn)盡可能快速的機加工方法，進ー步提出，在擺線銑削過程中的環(huán)形移動的直徑對應于坯料的寬度。銑刀因此在坯料的整個側面上在前進方向上僅通過一次，因此沒有要求銑刀反轉即可產(chǎn)生多個彼此相鄰的銑削路徑。為此目的，銑刀優(yōu)選地具有在坯料的待機加工寬度的40%至70%范圍內(nèi)的直徑。為了在葉片體的區(qū)域中機加工，在ー個有利的實施方案中使用了裝備有可分度切削鑲片的面銑刀。由此意味著ー種通常具有近似圓柱體銑刀頭的銑刀，在銑刀頭前部圓周側安排有多個可更換的切削鑲片，尤其是可分度的切削鑲片，該可分度切削鑲片在圓周側和端部側兩者上越過支架突出。用該面銑刀在葉片體的區(qū)域中的坯料的機加工僅是粗加工，其中還未機加工出渦輪葉片的翼型截面形狀特征。為了進行該最終輪廓機加工，有利地利用ー種補充銑削方法，例如在EP I 034 865A1中描述的銑削方法。借助于擺線銑削的粗方法與第二輪廓銑削方法的組合總體上產(chǎn)生了一種用于從超級合金生產(chǎn)渦輪葉片的非常有效和省時的機加工方法。坯料直到渦輪葉片的整個機加工方法優(yōu)選地在沒有對エ件的任何再夾持或松開的情況下發(fā)生。不同的銑削方法因此借助于單個加工機床實施，至多進行工具的更換和銑刀的不同控制。除了借助于擺線銑削方法的葉片體的機加工之外，葉片根也用這樣的銑削方法機加工以便將所稱的保持槽銑削到葉片根中。在此整個保留槽優(yōu)選地僅在ー個方法步驟中銑肖IJ，即該待切削的槽深度對應于銑刀的軸向切削深度，而槽寬度對應于在擺線銑削過程中環(huán)形移動的直徑。為了進行槽機加工，有利地使用所稱的端銑刀，端銑刀在其前部例如還具有優(yōu)選地多個由實心材料坯料機加工而成的、螺旋式運行的切削刃。為此目的，尤其利用具有正向切削刃幾何形狀的傳統(tǒng)的端銑刀。正向切削刃幾何形狀是指錐形的切削刃。該切削刃因此形成鋭角，與切削刃形成鈍角即>90°的角度的負切削刃幾何形狀不同。對于這樣的負切削刃幾何形狀，可能進行的不是切削而是所稱的刮擦。


下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的一個示例性實施方式。在這些附圖中，每個圖都是示意性地并且以大幅度簡化的形式表示圖I示出夾持中的坯料的俯視圖，其中指示出了面銑刀；圖2示出的坯料的放大側面細節(jié)圖，帶有面銑刀；圖3示出在擺線銑削過程中銑刀的移動順序的示意性圖示；圖4在側視圖中示出具有安排在兩端側的葉片根以及用于在保留槽中銑削的端銑刀的ー個渦輪葉片；并且
圖5示出用于機加工保留槽的ー個端銑刀的側視圖。在這些圖中，等價的部分配有相同的參考數(shù)字。
具體實施例方式如在圖I中所示，在此處未進ー步詳細展示的ー個機加工站中，坯料2夾持在由兩個保持爪4A、4B組成的固定件中。坯料2是包括超級合金的、整體式的、常規(guī)的平行立面體塊。坯料2用于渦輪葉片6的生產(chǎn)，如在圖4所表示的幾乎最終的機加工后的狀態(tài)。在其兩個端部側的每個上，渦輪葉片6具有一個相應的葉片根8，一個葉片體10在葉片根8之間延伸。在機加工后的最終狀態(tài)，葉片體10通常具有翼型截面區(qū)域。該渦輪葉片6并且因此還有坯料2在縱向12上延伸。在圖I中的坯料2的情況下，指示出了兩個根區(qū)域8’和中心式安排的體區(qū)域10’。在銑削的過程中，在根區(qū)域8’機加工出兩個葉片根，在體區(qū)域10’機加工出葉片體10。渦輪葉片6具有的總體長度>50cm直至2m。該葉片在此因此是在大型渦輪機中使用的渦輪葉片6，例如在用于發(fā)電的發(fā)電站或在大型航空器發(fā)電廠。葉片體的寬度B通常在約>10cm的范圍內(nèi)。在第一方法步驟中，坯料2首先經(jīng)受粗加工。在此，面銑刀14A在機加工坯料2的一個有待機加工的側面上、在前進方向16上移動。面銑刀14A此情況下根據(jù)擺線程序操縱，其移動順序如在圖3中所示。如從此可以看到的，環(huán)形移動疊加在前進方向16中的前進移動上，總體結果是在ニ維機加工平面內(nèi)獲得在前進方向16中延伸的螺旋移動。該銑刀14A、14B如在圖3中示意性地所示，總體上連續(xù)進入到待機加工的エ件中直到實現(xiàn)所稱的徑向送入深度(Zustelltiefe)ae。逐漸的接合導致總體上溫和的機加工。徑向送入深度對應于在前進方向16上的兩個連續(xù)的螺旋路徑之間的距離。在借助于面銑刀14A來機加工體區(qū)域10’的情況下，例如，徑向送入深度ae為約0. 5mm到I. 5mm,尤其是在約I. Omm的范圍內(nèi)。擺線銑削產(chǎn)生了一條銑削路徑，其路徑寬度對應于環(huán)形移動的直徑D (圖3)。此外，面銑刀14A在銑刀縱軸18的方向上送入一個軸向送入深度ap。軸向送入深度ap因此對應于從坯料2中移除的材料深度。如在圖I中所示，前進方向16對應于縱向方向12。面銑刀14A從右手側的根區(qū)域8’移動到左手側的根區(qū)域8’。在這個情況下，對坯料2每個側面的機加工僅進行一個方法步驟。路徑寬度、即圓形直徑D，對應于坯料2的寬度BI，而待移除的材料的深度對應于軸向送入深度ap。這例如在3mm和8mm之間的范圍內(nèi)，尤其在約5mm的范圍內(nèi)。面統(tǒng)刀14A的直徑d比較小。面銑刀14A是裝備有可分度切削鑲片20的銑刀?？煞侄惹邢麒偲?0各自具有與坯料2接合的、對應的主動切削刃24。在此，主動切削刃24在其幾乎整個長度L上與工件(坯料2)接合。這意味著軸向送入深度ap例如對應于切削刃24的長度的70%至80%。在此處以所選擇的軸向和徑向送入深度來描述的示例性實施方案中，切削刃24的前進量fz優(yōu)選地在O. 3至O. 4_的范圍內(nèi)。至于切削速度Vc，則設定在例如250至320m/min的范圍內(nèi)。通過在此描述的體區(qū)域10’的擺線銑削可以獲得特別有效的、節(jié)省時間和成本以及保護工具的方法。在此關鍵是坯料2的整個側面由僅通過一次穿過而形成。快得多的銑 削因此成為可能，而與傳統(tǒng)的粗方法不同，其中通常在軸向上要求的連續(xù)、多次送入(軸向送入深度)。在傳統(tǒng)的銑削方法中還要求多個銑削路徑以便機加工整個工具寬度。測試顯示，與其中銑刀僅在前進方向16中移動而沒有疊加的環(huán)形移動的傳統(tǒng)銑削方法比較，用于粗加工的整個機加工時間幾乎減半。在傳統(tǒng)的銑削方法中，在這樣的情形下要求多達6個銑削步驟以便實現(xiàn)例如去除5mm材料的、期望的軸向深度。此外，與其中僅切削刃的一部分承受負載并且必須相應地施加更高的切削性能、從而導致過早磨損的傳統(tǒng)方法比較，使用的可分度切削鑲片20的使用壽命大幅增加，因為它們在其幾乎整個長度上接合。在粗方法結束時，坯料2然后進一步具有近似平行立面體截面輪廓，優(yōu)選地具有在翼型曲線的方向上運行的特定的預輪廓。在粗加工之后，葉片體10以未進一步詳細示出的方式被銑削為具有特征性翼型曲線的端部輪廓。最終，所稱的保留槽26還在進一步的銑削步驟中銑削成葉片根8。渦輪葉片6通過這些保留槽26勾到相應的渦輪機支架上并且固定到上面。這些保留槽26優(yōu)選地機加工有在圖5中所示的端銑刀14B。擺線銑削方法還用于合并保留槽26。該槽寬度B2在此對應于銑削路徑的路徑寬度，即圓形直徑D。軸向送入深度ap對應于槽深度。使用的銑刀14B尤其是具有正向切削幾何形狀的常規(guī)標準銑刀，其中因此切削刃各自以楔形的方式構成為銳角。坯料2的整個銑削，即體區(qū)域10’的粗加工，翼型截面輪廓的隨后最終機加工，以及尤其是保留槽26的機加工，尤其僅在一個加工機床上進行，而沒有實施工件的任何的再夾持。總體上，通過在此描述的銑削方法實現(xiàn)了非常有效的、快速和保護材料的方法。此處的主要方面是擺線銑削方法的使用，尤其用于體區(qū)域10’的粗加工。擺線方法尤其還允許選擇縱向方向12作為前進方向16的可能性，甚至是在此描述的、局部超過一米長度的大型渦輪葉片6的情況下。
權利要求
1.ー種用于在渦輪葉片(6)的生產(chǎn)中銑削坯料(2)的方法，該渦輪葉片(6)在最終狀態(tài)下具有用于固定到支架的至少ー個葉片根(8)以及在縱向(12)上延伸的一個鄰接的葉片體(10)，其中該坯料(2)在其根側上被夾持在ー個固定件(4A，4B)中，然后借助于銑刀(14A，14B)進行機加工，其特征在于，在一個前進方向(16)中移動該銑刀(14A，14B)用于粗加工，并且按照ー種擺線銑削方法將ー種環(huán)形移動疊加在該前進移動上。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，借助于該擺線銑削方法在該葉片體(10)的區(qū)域(10’)中機加工該坯料(2)。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特征在于，該前進方向(16)是縱向(12)。
4.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，該渦輪葉片(6)具有大于40cm的長度(L)，尤其大于50cm并且尤其是在從IOOcm到200cm的范圍內(nèi)。
5.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，該坯料(2)僅在ー個步驟中以粗加工銑削到預定的尺寸，并且有待移除的材料深度對應于軸向切削深度(ap)，其中該銑刀(14A，14B)具有至少ー個切削刃，該切削刃具有ー個切削刃長度(L)，在此該切削刃尤其是在其切削刃長度(L)的大部分上與有待機加工的坯料(2)相接合。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在干，該切削刃長度(L)的超過80%與有待機加工的坯料(2)接合。
7.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，該軸向切削深度(ap)大于4mm。
8.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所疊加的環(huán)形移動的直徑(D)對應于該坯料的有待機加工的寬度(BI，B2)。
9.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在干，該銑刀(14A，14B)的直徑(d)在該坯料的有待機加工的寬度的40%至70%的范圍內(nèi)。
10.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，用于對該葉片體(10)的區(qū)域(10’)進行機加工的銑刀(14B)是裝備有多個切削鑲片(20)的面銑刀(14A)。
11.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在該粗加工之后，由該粗加工制備的坯料(2)在該葉片體(10)的區(qū)域(10’)中通過進ー步的銑削方法機加工為最終輪廓。
12.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，借助于該擺線銑削方法在該葉片根(8)的區(qū)域(8’)中銑削多個保留槽(26)。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在干，為了銑削這些保留槽(26)，使用傳統(tǒng)的端銑刀(14B)，該端銑刀的切削刃(24)具有正向的切削刃幾何形狀。
14.如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在該渦輪葉片(6)生產(chǎn)中的整個銑削在沒有再夾持該坯料(2)的情況下進行。
全文摘要
在用于在渦輪葉片(6)的生產(chǎn)中銑削坯料(2)的方法中，渦輪葉片(6)在最終狀態(tài)下具有至少用于固定到支架的至少一個葉片根(8)以及在縱向(12)上延伸的一個鄰接的葉片體(10)，其中該坯料(2)在其根側上被夾持在固定件(4A，4B)中，然后借助于銑刀(14A，14B)進行機加工。在前進方向(16)中，移動該銑刀(14A，14B)用于粗加工，其中根據(jù)擺線銑削方法將一種環(huán)形移動疊加在該前進移動上。
文檔編號B23C5/06GK102950318SQ20121030052
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權日2011年8月22日
發(fā)明者U·霍博姆, M·施特羅邁爾, W·B·彭克特 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司