浅谈航空发动机整体叶轮的加工方法.pdf

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1、第2期(总第132期)机械管理开发2013年4月No．2(SUMNo．132)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVEL0PMENTApr．2013浅谈航空发动机整体叶轮的加工方法王宏睿(南京工程学院机械工程学院，江苏南京2t1167)摘要：整体叶轮是航空发动机的核心部件之一，其结构复杂，叶片薄且扭曲大，叶片间隔小，特别是在高温、高压、高转速的条件下工作。通常采用钛合金、高温合金等高性能金属材料制造，这些材料极难切削，对此，浅述新型的加工工艺。关键词：整体叶轮；数控铣削；电解加工中图分类号：V232．4文献标识码：A文章编

2、号：1003—773X(2013)02—0003—03O引言nal，Howmet，FordMotor，AllisonEngine，RollsRoyce等航空发动机叶片是发动机的核心部件之一，随着公司都进行了双性能整体叶盘精密铸造技术研究，并发动机性能要求的提高，整体叶轮的形状也更趋复杂，成功铸造出叶片为定向柱晶或单晶，轮盘为等轴细晶其特点是：叶片薄，扭曲大，叶片间隔小。这给整体叶的整体叶轮，并在航空发动机上获得了应用。但是精轮的制造加工带来了极大的困难。2O世纪80年代后铸技术难度大，成品率低，现在只能适用于可铸合金，期以来，美国、欧洲

3、按照IHPTET、UEET、ACME等航空对于高转速、高负荷的叶轮仍难以采用。发动机采用整体叶盘结构就是在开发新结构方面取得1．2精密锻造技术的成果。整体叶轮结构与常规的机械连接式叶轮相比随着精密锻造技术的发展使锻压工艺彻底突破了具有以下优点：1)可以省掉由叶片榫头、锁片和榫槽毛坯生产的范畴，可以加工出接近成品的零件。我国连接结构所带来的额外重量。2)整体叶轮可消除常哈尔滨工业大学对叶轮的半固态挤压锻造过程进行了规叶轮中气流在榫根与榫槽间缝隙中逸流造成的损数值模拟，获得了叶轮成形的主要参数变化规律并利失，使发动机工作效率增加，从而使整台

4、发动机推重比用等温锻模技术加工出钛合金及铝合金整体叶轮；宝显著提高。3)省去了安装用的螺柱、螺母和锁片等连山钢铁股份有限公司也采用等温锻造技术加工出钛合接件，极大减少了零部件，也避免了榫槽损伤和断裂等金整体叶盘；美国GE公司已用等温锻造技术制造出潜在故障。但是，由于整体叶轮结构复杂，加工精度要了压气机整体叶盘转子，材料利用率提高4倍。通过求高，整体叶轮的机械制造加工面临越来越强的挑采用计算机辅助设计、分析和制造软件、预测模型和计战。(1)整体叶轮加工困难。除了叶型复杂外，精度要算机模拟技术实现了“实体造型”以及铸、锻过程用计求高，且叶型

5、薄，受力后变形大，同时叶片数较多，其加算机模拟仿真，这些技术提高了金属填充和凝固质量，工量很大。(2)发动机在使用过程中，叶片常会遇到外消除了疏松，避免了热裂，从而提高了精密铸造和精密物打击而损伤或因振动疲劳而出现裂纹。整体叶轮要锻造的质量与效率，降低了成本。虽然精密锻造能节更换叶片非常困难，有可能因为一个叶片损坏，而报废省贵重金属材料，减少难切削材料的机械加工量，但由整个整体叶轮，因此整体叶轮叶片的制造技术，是整体于叶轮固有的几何复杂性，使其很难用于叶轮的最终叶轮扩大应用前必须解决的关键问题。国内外已经采精密加工，同时钛合金、高温高强

6、度合金等高性能金属用的加工整体叶轮的方法主要有精密铸造、数控铣削、材料的锻造也是一个困难。精密锻造生产效率高，精电解套料加工、仿形电解加工、数控电解加工和数控电度可满足要求，但生产过程复杂、技术难度大，仅少数火花加工。下面简单介绍几种方法。工业发达国家掌握该项技术，我国还没有完全掌握该1精密铸造、锻造技术种技术。目前精密锻造和精密铸造一般都作为毛坯制1．1精密铸造技术作手段。采用精密铸造工艺加工可以大大提高材料的利用2数控铣削率，节约大量贵金属材料。由于精密铸造工艺的新发多轴数控铣削加工是最常规的整体叶轮的制造方展，特别是采用定向凝固(

7、DS)、热等静压(HIP)等先进法，通常需要在5轴联动数控机床上进行。可加工复铸造技术后，使得铸造合金组织和性能大大改善，尤其杂轮廓和光洁表面，并保持较高的材料去除率，如是解决了叶片疲劳断裂的裂纹沿垂直于叶片主应力方BR715的第1级和第2级压气机整体叶轮是在五座标向的晶粒边界发生、熔模铸造内部存在疏松缺陷等问数控铣床上加工的；美国休斯飞机公司已采用五座标题n，使叶片的抗疲劳性、应力断裂寿命大为提高，同高速数控铣床加工第三代和第四代战斗机的液压、燃时，铸造工艺也有利于大量成批生产，满足现代工业对油和环控系统中的整体叶轮；还有美国GE公司

8、和英各种叶片的大量需求。国外GeneralMotors，AlliedSig—国R．R公司等在研制整体叶轮时，均采用了五座标数收稿日期：2012—09—17基金项目：南京工程学院基金项目资助项目(QKJB20