整体叶盘叶栅通道径向进给电解加工路径优化与阴极设计

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1、整体叶盘叶栅通道径向进给电解加工路径优化与阴极设计1．3．2整体叶盘精密铸造技术图1．2铝合金整体叶盘锻件精密铸造工艺可以加工出复杂形状的零件，所以可以用于整体叶盘的加工。近年来，随着对材料定向凝固的分析和热等静压理论的研究不断深入，使得铸造合金的组织性能有了明显的改善。铸造数值模拟软件技术可以预测铸造零件的变形、铸造缺陷、优化铸造工艺。因此，精密铸造工艺的发展提高了叶片抗疲劳性能、减少表面裂纹f161。20世纪70年代，美国对具有定向叶片和等轴细晶轮毂的整体叶盘铸造工艺开展了广泛深入的研究，成功铸造出基于Mar2．M

2、247定向合金材料的双性能的整体叶盘【17J，即整体叶盘的轮盘为等轴晶，叶片为定向柱晶。我国航空材料研究院汤鑫等学者对整体叶盘的精密铸造技术进行了深入研究，选择同时具备优良定向柱晶和等轴晶性能的双性能合金材料，研究整体叶盘组织的形成方法与控制措施以及浇注工艺参数，同时还分析了热处理工艺参数对整体叶盘力学性能的影响，并且设计了专用的装置，使叶片在凝固过程中获得径向温度梯度，并且通过不同的试验方案，成功铸造出带有37个叶片的涡轮整体叶盘【18·19】，如图1．3所示。4图1_3整体叶盘铸造样件南京航空航天大学硕士学位论文1

3、．3．3整体叶盘精密焊接技术整体叶盘精密焊接技术是将叶片与轮盘通过先进的工艺焊接在一起，将复杂的整体叶型的加工转变成单个叶片的加工，降低了整体叶盘的加工难度。目前用于制造整体叶盘的焊接技术主要有电子柬焊接技术与线性摩擦焊技术。电子束焊接技术在各种先进精密的焊接工艺中发展较早，也较成熟，并最先用于整体叶盘的制造过程中。电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源，用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属，使其快速熔融，然后迅速冷却来达到焊接的目的。EJ200第三级风扇叶盘就是采用电子束焊接技术制造的，首先利用电子束焊接技术将

4、若干单个叶片焊接成叶片环，然后再用电子束焊接技术将锻造或者电解加工成形的轮盘腹板与叶片环焊接，制成整体叶盘。与传统的榫头、榫槽联接的叶盘转子结构相比，这种整体叶盘结构重量减轻了大约30％Rm22】。钛合金电子束焊接工艺具有穿透大、热变形小、无氧化、强度高、尺寸精度高、质量稳定、效率高等优点，并且电子束焊接结合计算机控制技术，实现了工艺参数的精确控制，使焊接过程完全自动化。利用线性摩擦焊技术制造整体叶盘的主要过程如图1．4所示。先将叶片夹紧与轮盘的外圆接触并施加一定的接触力；使轮盘作高速周向振动，轮盘外圆弧面与叶片的叶根

5、部分产生一个摩擦加热区，当摩擦加热区的温度逐渐升高，轮盘与叶片的摩擦面处于粘塑性状态时即停止振动，叶片与轮盘固定压紧，直到两者固结在一起为止；最后再利用数控机床去除掉多余金属材料19’23】。用线性摩擦焊技术加工整体叶盘与用整体制坯减材加工的方式相比，可以节约大量的金属材料；也可以从发动机上更换损坏的单个叶片，避免了整体叶盘的报废，节省了发动机的维修成本；线性摩擦焊技术还可以将叶片与用不同材料制造的轮盘焊接在一起，使得发动机的减重效果达到最优。F119的2、3级风扇和6级高压压气机以及EJ200发动机的3级低压压气机的

6、整体叶盘是线性摩擦焊接技术成功应用的顶级标志【241。R·R公司和MTu公司已用线性摩擦焊技术成功地制造了宽弦风扇整体叶盘，并将为JsF的发动机提供线性摩擦焊整体叶盘(25】。图1．4整体叶盘线性摩擦焊过程整体叶盘叶栅通道径向进给电解加工路径优化与阴极设计1．3．4整体叶盘数控加工技术五轴联动数控铣削加工技术可以加工出复杂型面的叶片，具有加工柔性好、加工精度高及生产效率高等优点，因此被广泛用于整体叶盘制造领域【261。美国GE和普惠公司、英国R；R等公司采用五轴数控机床铣削加工整体叶盘。国内西北工业大学在对整体叶盘制造

7、技术进行研究过程中，开发了“叶盘类零件多坐标NC编程专用软件系统”，经过多年的分析研究与工艺试验，掌握了整体叶盘数字化精密制造的关键技术，采用侧铣与插铣复合高效铣削的加工方式，对刀位点和加工轨迹进行计算和优化，实现整体叶盘的粗精加工【27，281。此外，其自主研发的高效盘铣一插铣复合铣削中心，可以有效提高整体叶盘的加工效率。整体叶盘的数控铣削加工如图1．5所示。图1．5数控铣削整体叶盘虽然高速铣削技术的发展已有20多年的历史，但是对于制造航空类零件的钛合金和镍基高温合金等金属材料的加工还是很棘手的问题。由于钛合金、高温

8、合金材料硬度高、强度大，切削过程中刀具损坏严重，为保证加工精度和稳定性，需要经常更换刀具，无疑提高了加工成本。另一方面，在叶盘扭曲严重或者是叶盘带冠的情况下，叶盘的流道变得狭窄复杂，这将导致铣刀与叶盘可能会发生干涉。此外，整体叶盘上的叶片厚度薄、刚度低，加工过程中容易变形；加工表面留下的刀痕也需要后续的光整处理，所以，数控加工技术