开式整体叶盘通道高效粗加工方法研究

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1、开式整体叶盘通道高效粗加工方法研究ResearchonRough—CuttingMachiningMethodforBlisk西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室史耀耀左安邦董婷董宏亮宁立群史耀耀西北工业大学机电学院教授．博士生导师。主要从事机电控制及自动化、专用数控工艺装备，高速高效数控加工、加工表面光整技术等方面的研究工作。主持和参加各类科研项目20余项。发表学术论文30余篇。获国家发明专利3项。获国家、省部级奖励5项，入选。2006年度中国高等学校十大科技进展”。整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分，对提高发动机性能

2、具*西北工业大学研究生创业种子基金项目(Z2011056)资助。34航空制造技术·2013年第4期本文以钛合金开式整体叶盘为加工对象。介绍几种常见开槽粗加工方法，重点分析各方法的适用性及优缺点。在此基础上，提出一种高效强力复合铣削工艺方法，对其加工过程进行仿真分析。从加工效率方面对各ant方法进行计算、比较、分析。有十分积极的作用。美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划与经济可承受多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划均将整体叶盘列为重点突破技术【l】。国内整体叶盘技术与欧美发达国家相比差距较大。与传统叶片和轮毂装配结构相比，整

3、体叶盘省去了连接用的榫头、榫槽及相应的连接件，减轻了重量，提高了推重比，使发动机的工作寿命与安全可靠性得到提升。整体叶盘分为开式与闭式两种结构。开式整体叶盘具有叶片薄、叶展长、扭曲大、受力易变形，叶片间通道深而窄、开敞性差的特点，其制造难度极大，属于国外严密封锁技术。整体叶盘加工技术主要分为先进连接与铸造技术、切削式(即材料去除式)表1整体叶盘加工技术分类加誊技米舞类薹j囊具饽》浚。萋。：。∞j譬?il一≯。≥电子束焊接先进连接与锻接与扩散连接铸造技术线性摩擦焊接精密铸造数控铣削切削加工电火花加工技术电解加工线切割射流切割加工技术两大类，

4、如表1所示。在国外，先进连接与铸造技术中的电子束焊接与线性摩擦焊较成熟。由欧洲4国联合研制的EJ200发动机采用了电子束焊接的整体叶盘；美国P&W公司采用线性摩擦焊技术加工F119发动机带有空,L,Df片的风扇1级叶盘及风扇2、3级叶盘和压气机1、2级叶盘【2】。切削加工技术中的数控铣削、电解加工、电火花加工较成熟。美国的GE公司和P&W公司、英国R·R公司在研制整体叶盘时，采用了五坐标数控加工技术[31；美国GE公司采用电解方法先后加工了T700发动机的钢制整体叶盘、F22的GE37／YFl20发动机整体叶盘及F414发动机整体叶盘【4

5、1；美、俄等国将电火花工艺应用于带冠整体叶轮加工中。在国内，涡轮整体叶盘制造以铸造、电火花加工、铣削加工为主【5】。风扇及压气机整体叶盘的制造技术包括数控铣削、电解加工、电火花加工等，其中数控铣削较为成熟，在生产中普遍采用，而结构复杂的带有薄型叶片的整体叶盘使用电解及电火花加工具有优越性。本文以钛合金开式整体叶盘为加工对象，介绍几种常见开槽粗加工方法，重点分析各方法的适用性及优缺点。在此基础上，提出一种高效强力复合铣削工艺方法，对其加工过程进行仿真分析。从加工效率方面对各加工方法进行计算、比较、分析。开槽粗Jjn-r方法研究多数用于风扇、

6、压气机的开式整体叶盘材料为仅+B双相钛合金(如Tc4、Tcll等牌号)，其锻造毛坯通常为矮圆柱状，如图1所示。毛坯与最终零件的形状存在较大差别，约90％的材料被去除，其中绝大部分是在叶盘通道粗加工过程中完成的【6】。叶盘通道粗加工应在满足精加工余量要求的前提下，尽量逼近叶型表面，保证余量分布均匀，同时最大限度提高加工效率，缩短加工时间。1数控铣削技术传统数控铣削使用立铣刀在五坐标数控机床上分层侧铣，如图2所示。利用五轴联动功能，依靠刀具侧图1整体叶盘毛坯刃可一次加工直纹型面到尺寸，无残留脊棱，表面加工质量好。但对窄、深且开敞性差的通道，必

7、须使用细长刀具，加工时受径向力大，使刀具易产生振动，甚至出现断刀现象。侧铣后工件残余应力较大，加工余量难以控制，对后续精加工造成不良影响。图2侧铣加工方法近年来，西北工业大学展开了开式整体叶盘高效开槽插铣加工工艺的研究同。插铣法又称z轴铣削法，在加工过程中刀具沿轴线方向做进给运动，利用底部切削刃进行钻、铣组合切削，采用分行定轴的加工思路，改变刀具受力方向，使径向切削力大幅减小喁】。试验表明，与侧铣法相比，插铣法将整体叶盘粗加工效率提高1倍以上，在刀具伸长量较大的场合中有效减小了切削力及刀具振动现象，保证了加工过程中叶盘零件的安全性。2数控

8、电解JjⅡ-r技术将电解加工与数控技术结合的数控电解加工方法既具有电解加工的工具阴极无损耗、工件无残余应力及变形、加工效率较高的优点，又能发挥数控技术的柔性功能，因此适于加工难切削材料及带有长