航空發動機葉片加工中二次造型的研究及應用

張寶峰

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

航空發動機葉片加工中二次造型的研究及應用

張寶峰

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘要：航空發動機是一個國家工業實力的重要體現，尤其是近些年來，我國加大了對于航空工業的投入，使得我國的航空發動機實現了較大的發展。在航空發動機的加工制造中，葉片類零件屬于薄壁類零件，在航空發動機葉片的加工過程中受到切削力的影響會導致航空發動機葉片在加工過程中出現一定程度的變形，從而導致航空發動機葉片的加工精度降低，影響航空發動機葉片的使用效果及使用壽命。通過在航空發動機葉片加工的過程中使用材料力學的分析法來對葉片的變形規律進行分析，并在此基礎上提出通過采用二次造型的方法來對航空發動機的葉片進行加工以確保航空發動機葉片的加工精度。

航空發動機；葉片加工；變形；二次造型

航空發動機是飛機的心臟，其制造精度的高低對于航空發動機的使用性能有著極為重要的影響，其中航空發動機葉片由于屬于薄壁類零件，其在加工的過程中容易受到切削力及材料的影響而導致航空發動機葉片出現一定的變形從而影響航空發動機葉片的加工精度。通過使用材料力學與有限元分析法找出航空發動機葉片在加工過程中變形的規律，并在此基礎上對產生的葉片變形進行二次造型以提高航空發動機葉片的加工精度。

1.導致航空發動機葉片加工變形的因素分析

航空發動機葉片屬于薄壁類零件，在航空發動機葉片的加工過程中會造成其加工變形的影響因素眾多，這些影響因素相互影響相互制約工作共同影響航空發動機葉片的加工精度。現今在航空發動機葉片的加工變形的原因分析中多考慮的是加工中的彈性變形對航空發動機葉片加工所造成的影響。而在航空發動機葉片的加工過程中，采用數控補償的方式來對航空發動機葉片進行加工時，毛坯件剛度不足所導致的航空發動機葉片加工變形是影響航空發動機葉片加工精度的主要影響因素。在對航空發動機葉片進行銑削加工時，加工所產生的銑削力會使得航空發動機葉片毛坯件產生一定的彈性變形，而當刀具完成了對于因切削力而導致變形的葉片部分時，葉片會彈性恢復，從而導致實際切削量偏少從而使得加工后的航空發動機葉片壁厚過大的加工誤差，因此，在航空發動機葉片加工時因葉片變形會導致讓刀而導致切削量較小從而造成超差。因此，通過分析航空發動機葉片加工時由于切削力而導致的航空發動機葉片變形的規律并在數控加工過程中予以相應的加工補償以確保加工后工件彈性恢復后能夠形成符合公差要求的弧面。

在分析航空發動機葉片加工過程中因切削力所導致的切削加工變形可以使用材料力學和有限元分析法來對相應的變形量進行分析。航空發動機葉片屬于自由曲面，因此其截面形狀極為復雜，因此在分析由于切削力所導致的變形量的計算上所使用的慣性積、慣性矩等的參數不能僅僅通過采用簡單的代數運算算出，需要在分析航空發動機葉片參數的基礎上采用數值積分的方式予以計算。在對葉片受力分析建立模型的過程中假定刀具切削過程中所產生的切削力的大小保持不變且航空發動機葉片在加工過程中所產生的變形主要是由彎曲和扭轉兩個主要因素所造成的，在分析航空發動機葉片沿長度方向的加工彎曲變形時，應忽略夾具對葉片所造成的影響。在刀具的加工過程中，刀具切削所產生的切削力會垂直于葉片表面形成向下的切削力，從而導致航空發動機葉片產生彎曲和扭轉，因此假定造成航空發動機葉片變形的力主要是由于刀具所產生的垂直于航空發動機葉片表面的一個向下的作用力，此作用力會導致葉片變形并造成讓刀從而影響航空發動機葉片的加工精度。

通過對航空發動機葉片加工過程中的受力變形進行建模分析可以推出航空發動機葉片的最大彎曲變形發生在航空發動機葉片葉身中間靠近頂尖端的部位，約在航空發動機葉片長度接近60%的部位。在切削力產生一個彎曲變形的同時也會在航空發動機葉片上產生一個扭轉的作用力，其中扭轉變形的特點是在航空發動機葉片截面的中間區域變形不大而在航空發動機葉片的緣頭區域則會劇烈的增大。其中，航空發動機葉片的變形量主要與葉片的寬度有關，通過對航空發動機葉片的彎曲與扭轉受力變形進行綜合分析可以看出：航空發動機葉片從葉片的根部、葉尖直至航空發動機葉片的最大彎曲變形處這一彎曲變形量呈現出線性分布的特點，而航空發動機葉片的扭轉變形則主要產生于葉尖端緣頭處。在航空發動機葉片的截面內，從中部指向緣頭區域，航空發動機葉片的扭轉變形以二次曲線規律增大。通過對航空發動機葉片受力變形使用有限元進行建模分析驗證，確保航空發動機葉片的加工變形量與分析結果相一致。

2.航空發動機葉片加工變形的解決措施

在航空發動機葉片的加工質量會受到切削力、刀具、毛坯件的質量等多種因素的影響，同時在完成了對于航空發動機葉片的加工變形后由于加工應力的釋放會導致航空發動機葉片產生一定的彎扭變形。為解決加工所帶來的加工誤差，需要在總結分析航空發動機葉片加工過程中變形規律的基礎上對航空發動機葉片進行二次造型以提高航空發動機葉片的加工精度。在對航空發動機葉片進行加工的過程中對彎扭變形后的葉片模型作為目標實體進行加工，從而使得葉片在加工前具有一定的反應變形用以抵消航空發動機葉片加工過程中由于切削力和熱應力而導致的葉片變形，從而確保航空發動機葉片的加工精度。

結語

航空發動機葉片的加工是確保航空發動機加工質量的重要一環，本文在分析造成航空發動機葉片加工變形影響因素的基礎上對如何做好航空發動機葉片的二次造型加工進行了分析闡述。

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