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1、葉輪加工技術研究1、引言葉輪作為透平(turbine)機械的關鍵部件,廣泛應用於航空航天、制冷等領域,其質量直接決定著空氣動力性能和機械效率，其加工技術一直是透平制造業中的一個重要課題2、葉輪分類葉輪(impeller),又稱工作輪，離心式壓縮機中唯一對氣流做功的元件，轉子軸上的最主要部件，一般由輪盤、輪蓋和葉片等零件組成，氣體在葉輪葉片的作用下，隨著葉輪做高速旋轉，氣體受旋轉離心力的作用以及在葉輪裡的擴壓流動，使它通過葉輪後的壓力得到提高對葉輪的要求有:①能給出較大的能量。②氣體流過葉輪的損失要小，即氣體流經葉輪的效率要高。③氣體流出葉輪時各參數適宜，使氣
2、體流過後面固定元件時的流動損失要小。④葉輪型式能使整機性能曲線的穩定工況區及高效區范圍較寬，減少喘振發生的機會葉輪按結構形式分為開式葉輪、半開式葉輪和閉式葉輪三種,開式葉輪如1所示，僅由輪毂和徑向葉片組成，葉片槽道兩個側面都是敞開的，此種結構氣體流動損失大、效率最低，在壓縮機中很少采用；半開式葉輪的一側由輪盤封死，另一例敞開，此種結蓋、葉片、輪盤組成，其他被密閉於葉輪流道內流動，流動損失較小，效率較高，因此在壓縮機中得到瞭廣泛應用構的葉輪氣體流動損失仍然較大；閉式葉輪如2所示，它由輪按葉片出口角的大小，葉輪可分為出口角大於9CTC的前彎葉輪，等於9(rc的徑
3、向葉輪和小於9(rc的後彎葉輪,前彎葉輪作功能量頭高，但效率低，後彎葉輪作功能量頭小，但效率高,徑向葉輪介於兩者之間。由於後彎葉輪的效率較高，因此在壓縮機中使用較多葉輪按葉形又分為離心葉輪、軸流葉輪，軸流葉輪的葉型一般為自由曲面構成，而離心葉輪的葉型一般為直紋面，同時離心葉輪分單組葉片組成和大小葉片組成兩種類型，具有大小葉片的離心葉輪的加工難度更大3、葉輪加工方法3.1葉輪常用制造工藝方法葉輪按制造工藝可分為鉀接葉輪、焊接葉輪、整體鑄造葉輪和整體加工葉輪鉀接葉輪是將葉片、輪蓋和輪盤用鉀接的方法組裝在一起，此種結構加工技術成熟，但鉀釘處容易產生應力集中，強度低
4、，並且流動損失大焊接葉輪是將葉片、輪蓋和輪盤用焊接的方法組裝在一起，或者是將輪蓋和帶葉片的輪盤軒焊，此種葉輪強度高，流動損失小，一般利用五軸加工中心加工開式葉輪和車削輪蓋，再進行整體軒焊、熱處理、精加工、探傷、動平衡和超轉速試驗，其中的鋅焊工藝要求非常髙整體鑄造葉片是用精密鑄造的方法將葉輪整體一次性鑄造出來，省工省料，但鑄模加工工藝要求髙，技術難度大，一般采用石膏型低壓、真空鑄件工藝，成型後樣件進行理化試驗、探傷、精加工、動平衡和超轉速試驗，國內有涕陽福思寶等廠傢生產整體加工葉輪直接利用五軸加工中心進行閉式葉輪的加工,加工示意圖如圖3所示，一次加工成型，葉片
5、精度高，一致性好,平衡性髙，但對機床、產品型線和加工刀具有一定的要求和限制3.2軟件編程加工方法目前在透平機械葉輪加工中采用的專業軟件有ConceptsNREC,包含瞭從設計、分析到加工的壘流程模塊，由於專業性強，操作簡單易學，在航空航天和制冷領域應用較廣，但價格昂貴，其中加工模塊MAX-5,MAX-AB,MAx-Sl應用於不同結構葉輪的加工。而常用的加工軟件主要有HyperM订1、PowerMill和UG等，隨著軟件版本和功能的不斷升級，各軟件開發出針對葉輪的加工模塊,現針xCPowcrMIill10.0軟件和DMGDMulOOP五軸加工中心對開式葉輪的加
6、工流程進行詳細的介紹。葉輪外徑為360mm,共由9組長短葉片組成(1)準備毛坯采用的材料為鍛鋁件(6A02),通過數控車削加工，制成回轉體的基本形狀，要求保證子午線精確度(2)準備刀具一般根據葉輪葉片間距離和倒角要求確定從粗加工到精加工刀具，可采用不同規格的球頭刀或錐度球頭刀，本例中采用R5,R3的錐度為3o球頭刀(3)定位工裝制作芯軸定位工裝，芯軸的中心與工作臺的旋轉中心重合，同時在工裝加工定位銷，防止葉輪在加工過程中竄動(4)導入模型和層設置打開PowerMilllO.0軟件，導入葉輪三維模型，在策略中打開葉盤模塊,通過層分別設置定義輪盤、輪毂、長葉片、
7、短葉片等特征(5)粗加工葉片利用葉盤粗加工策略，在葉盤定義導入以下各層:粗加工留餘量0.5mmo下切為2nmi,刀具為R5錐度為3。球頭刀,主軸轉速5000r/min,進給速度為3000mm/niin(6)進行合理的人工時效可徹去應力時效處理，這樣可以改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能，以改善工件的內在質量(7)葉片半精加工利用軟件中葉片精加工策略，刀軸為自動判斷，留0.15mm餘量，刀具為R5錐度為3°球頭刀，主軸轉速1000r/min,進給速度為500mm/niin,給精加工留更均勻的餘量，保證後續加工切削穩定,註意自由曲面的葉片采用逐層加
8、工的方式，而直紋面葉片采用筆式清根側面加工的方式(8
