整體鈦合金葉輪的葉片加工相關問題及處理方法

整體鈦合金葉輪是渦輪式發(fā)動機、渦輪增壓發(fā)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(yè)中均有廣泛的應用，是具有代表性的，且造型比較規(guī)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(fā)動機的空氣動力性能和機械效率，對發(fā)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(fā)動機的需求越來越大，實現整體葉輪的高效加工也愈發(fā)必要。目前整體葉輪常見的材料有鋁合金、鈦合金葉輪、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(fā)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流道最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(jié)約加工節(jié)拍，又要保證切削的平穩(wěn)性和對稱性。 

綜合考慮機床、刀具、夾具及整體鈦合金葉輪的剛性，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。