基于非均匀余量的整体叶轮加工工艺优化策略

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1、研究论文基于非均匀余量的整体叶轮加工工艺优化策略术吴雁1，吕博鑫1，吕仕强2，郑刚1，张杰人1(1．上海应用技术大学机械工程学院，上海201418；2．中航工业贵州省永红航空机械有限责任公司，贵阳550009)[摘要】针对超薄结构叶片整体叶轮在制造过程中叶片产生较大的变形和切削振动，使用非均匀余量加工工艺方案，减小叶片变形提高加工质量。分析了集中载荷对薄壁结构和加厚结构变形的影响，对生产中的叶轮叶片进行非均匀余量加工工艺设计，依据优化后的工艺对叶轮进行刀具轨迹规划并进行加工试验，结果显示该工艺优化策略能有效减小超薄叶片

2、的铣削振动和铣削变形，最大误差优化率为54．47％，平均误差优化率为52．57％，对类似高度与平均厚度比值较大且叶片扭转曲率较大的复杂零件的实际加工有一定的指导意义。关键词：非均匀余量；工艺优化策略；超薄叶片；整体叶轮；切削振动MachiningProcessOptimizationStrategyofIntegralImpellerBasedonNon-UniformMachiningAllowanceWUYanl，LOBoxinl，LOShiqian92，ZHENGGan91，ZHANGJierenl(1．Scho

3、olofMechanicalEngineering，ShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai201418，China；2．AVICYonghongAviationMachineCo．，Ltd．，Guiyang550009，China)【ABSTRACT】Largedeformationandcuttingvibrationareimportantproblemsintheprocessofmanufacturingultra-thinbladeofintegralimpeller,t

4、husanon-uniformallowanceprocessisusedinthispaper，whichcanreducebladedeformationandimproveprocessingquality．Firstly,theinfluenceofconcentratedloadbothonthedeformationofthin--walledstruc·-tureandthickeningstructurewadwasanalyzed．Thennon-uniformallowancemachiningpr

5、ocessofimpellerbladewasdesigned．Lastly,toolpathwasplannedandprocessingexperimentwasdoneontheimpeller．Resultsshowthattheprocessoptimizationstrategycaneffectivelyreducemillingvibrationandmillingdeformationofultra·thinblade，themaxerroroptimizationrateis54．47％andthe

6、averageerroroptimizationrateis52．57％，whichisofsignificancetotheactualproduc—tion．Keywords：Non·-uniformmachiningallowance；Processoptimizationstrategy；Ultra·-thinblade；Integralimpeller；CuttingvibrationDoI：10．16080／j．issnl671．833x．2017．05．072整体叶轮作为透平(Turbine)机械中动力推

7、进器及环控系统的核心零部件，广泛应用于航空航天、能源、船舶、军事、尖端医疗设备及高精尖机械装备领域，对机械性能的保障起着重要作用。提高复杂曲面整体叶轮制造精度有利于整体叶轮制造完成后的动平衡试验、超转试验及装配产品后转速的提升和设备的安全性，另外，较高的加工质量对气流损失与零件数量减少、质量减轻极为有利，最终可保证较高的气动效率⋯。在结构技术、材料技术及计算机集成制造技术等一批先进制造技术的支持下，整体叶轮系零件的设计呈叶身扭曲弯度趋*基金项目：国家自然科学基金青年基金(51405304)；上海市教育委员会科研创新项目

8、(14YZl43o72航空制造技术·2017年第5期大、叶弦趋宽、叶身趋薄、前掠加大等特点。一些航空航天领域的叶片最薄处甚至≤0．5ram，叶片高度与厚度比值很大。对于这类拥有复杂曲面造型且在整个制造工艺过程中材料去除率达85％～95％的弱刚性零件而言，直径180～400mm。叶片高度和叶冠与叶根最厚处平均厚度之比≥15的整体叶轮