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淺談整體葉輪的葉片加工

發布時間: 2017-12-23 13:49   684 次瀏覽

摘要: 整體葉輪是渦輪式發動機、渦輪增壓發動機的核心部件。它在能源動力、航空航天、石油化工、冶金等行業中均有廣泛的應用,是具有代表性的,且造型比較規范的、典型的通道類復雜零件。

整體葉輪是渦輪式發動機、渦輪增壓發動機的核心部件。它在能源動力、航空航天、石油化工、冶金等行業中均有廣泛的應用,是具有代表性的,且造型比較規范的、典型的通道類復雜零件。其型面的加工手段、加工精度和加工表面質量直接影響發動機的空氣動力性能和機械效率,對發動機性能有決定性的影響。整體葉輪因其曲面的復雜性和加工精度高,使其成為典型的難加工零件。

  隨著市場對渦輪發動機的需求越來越大,實現整體葉輪的高效加工也愈發必要。目前整體葉輪常見的材料有鋁合金、鈦合金、不銹鋼等。

  葉輪加工的復雜性主要在于葉片的曲面造型很復雜,其曲面根據成型原理可以分為直紋曲面和非直紋曲面,而直紋曲面又可分為可展直紋面和非可展直紋面。五軸數控銑削加工柔性好,加工效率高,適用廣泛,是整體葉輪加工常用的方法之一。根據葉輪的曲面形狀的不同,在數控機床上加工時通常采用兩類方法,分別為點銑法和側銑法。

  由于整體葉輪的形狀比較復雜,葉片的扭曲大,加工極易發生干涉,因此其加工的難點在流道、葉片的粗、精加工。在整體葉輪的數控加工過程中,為了盡量減少由于刀具引起的過切和干涉,且在加工較窄流道時刀具仍能有較好的剛性,往往使用錐度球頭銑刀。

  為了使葉輪滿足氣動性的要求,葉片常采用大扭角、根部變圓角的結構,這給葉輪的加工提出了更高的要求。整體葉輪加工技術要求包括尺寸、形狀、位置和表面粗糙度等幾何方面的要求,也包括機械、物理和化學性能的要求。葉輪葉片必須具有良好的表面質量,精度一般集中在葉片表面、輪轂的表面和葉根表面,表面粗糙度值應小于Ra0.8um。

  為了滿足上述要求,整體葉輪在加工過程中常會遇到以下幾種問題:

  ①整體葉輪流道較窄,葉片相對較長,剛度較低,屬于薄壁類零件,加工過程極易變形。在加工過程中,由于自身結構和外部切削力的作用,流道的入口和葉片上端會產生震紋。有時為了避免產生震紋,往往要改變刀具的鋒利度,這又將會使流道的入口、出口和葉片邊會產生毛刺。為了保證整體葉輪的表面質量,需要刀具在有足夠剛性的情況下,又能有足夠的排屑空間以及合適的鋒利程度。

  ②流道***窄處葉片深度遠遠超過刀具直徑,相鄰葉片空間極小,在清角加工時刀具直徑較小,刀具容易折斷,切削深度的控制也是加工的關鍵技術。

  ③整體葉輪曲面為自由曲面,流道窄,葉片扭曲比較嚴重,并且有明顯的后仰趨勢,加工時極易產生干涉,加工難度較大。有些葉輪由于有副葉片,為了避免干涉,要分段加工曲面,因此,保證加工表面的一致性也有困難。

  ④考慮到整體葉輪在實際工作中高速旋轉,轉速達30000-50000轉,要防止震動并降低噪聲,所以對動平衡的要求高,這就提高了對機床及刀具的要求,既要節約加工節拍,又要保證切削的平穩性和對稱性。

  綜合考慮機床、刀具、夾具及整體葉輪的剛性,設計合理的刀具結構、選擇合適的制造工藝,就能夠滿足整體葉輪的制造要求。

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