低壓渦輪導向葉片加工工藝研究

楊賢志++李丹丹++董文俊

摘 要：本文重點分析了機械加工的幾道關鍵工序， 采用車削、電加工等工藝，對加工工藝參數的設計、計算進行了研究，通過試驗驗證了工藝方法的可行性。

關鍵詞：低壓導向葉片、電加工、氣膜孔、車削

一、葉片特性分析

1、葉片結構分析。低壓渦輪導向葉片的葉身為無余量精鑄結構毛料，帶有上、下緣板，留有機械加工余量，安裝板具有空間角度；葉片內腔空心，壁薄，加工易變形。

2、葉片材料特性。低壓導向葉片的材料為K465，是一種高溫定向合金材料，工作溫度為1100℃，加工性能差。

二、加工工藝路線分析

（一）工藝路線的確定

磨進氣邊基準面→磨排氣邊基準面→磨盆向安裝板→磨背向安裝板→緩進磨進氣邊上安裝板→車進氣邊緣板→車排氣邊緣板→鉆孔→數控銑小安裝板定位槽 →電火花葉身氣膜孔→電脈沖上安裝板氣膜孔和盆背封嚴槽。

（二）本工藝路線的優點

1、加工中將毛料葉身基準轉到安裝板上。2、考慮到組件加工葉身氣膜孔存在干涉問題，在單件上將葉身氣膜孔加工完成。封嚴槽的加工安排在組件所有基準面加工后，保證盆背封嚴槽裝配的一致性。3、加工上、下進排氣邊緣板時，采用緩進磨加工和車削加工的方式，先采用緩進磨將組件的基準加工完成，后用兩道車加工的工序完成整個圓弧的加工，保證圓弧的一致性并提高了加工效率。4、高精度的定位槽和孔的加工過程中，采用四坐標銑床并保證加工基準的統一。

三、試驗方案及解決措施

（一）緩進磨削加工上緣板外圓及端面試驗，制定合理的磨削參數，解決磨削裂紋問題

選用數控緩進磨削設備，該設備中的X、Y、Z、V、B可以實現五軸聯動，對空間圓弧曲面進行加工。實際加工中，真正參與加工的僅有X、Y、Z、B軸聯動，所以該設備本質上是屬于七軸四聯動設備。設計了可靠的夾、測具可保證上緣板外圓及端面的尺寸精度。

1、緩進磨削數控程序。 緩進磨削數控程序編制需要兩個關鍵參數，旋轉臺的翻轉角度A和在主軸方向上要磨削的圓弧最高點與翻轉臺的距離r，這兩個參數需要根據砂輪主軸行程及旋轉臺翻轉的范圍來確定，翻轉角度A需要通過干涉計算出臨界角度，并經計算加工不產生干涉。根據A角及主軸行程，最終選擇了夾具的合適加工位置，當夾具固定后，便可通過測量計算出r值。參數A及r是緩進磨削加工編程和程序調試的關鍵參數 。

2、選擇磨削砂輪。針對被加工材料特性，選用超軟砂輪PA/WA 60E8V35m/s （棕剛玉，白剛玉；粒度60 磨料砂輪），砂輪的直徑 為500，適用于外圓的加工。

3、選擇冷卻方法與冷卻液。磨削表面質量、工件精度和砂輪的磨損在很大程度上受冷卻效果的影響。采用高壓將冷卻液注入砂輪，使砂輪富含冷卻液。并隨著砂輪旋轉產生的離心力高速甩出，直接進入冷卻區域，提高冷卻和潤滑效果，改善工件質量，減少砂輪磨損。

4、選擇磨削參數。經過對試驗件選用不同的參數進行加工試驗，確定不產生燒傷和加工效率高的加工參數為：

粗加工參數為：砂輪線速度為20-40m/s，磨削進給速度：100毫米/分，吃刀量：1-0.7mm，砂輪修整量0.1 mm；

精加工參數為：砂輪線速度為30-50m/s，磨削進給速度：100毫米/分，吃刀量：0.1-0.2mm，砂輪修整量0.1mm。

（二）試驗葉身氣膜孔的加工，加工方法的選擇，夾具結構及加工參數的確定，保證位置精度。

1、加工方法及夾具結構。采用數控高速電火花小孔機床ZT010A，該機床屬電火花加工設備。采用空心銅管作為電極，由導向器導向，在電極與工件之間施加高頻脈沖電源，加工使主軸帶動電極在伺服系統控制下作伺服進給，在電極與工件之間產生脈沖高頻放電，有控制的蝕除工件。加工中，高壓水質工作液從電極的內孔中噴出，對加工區域實施強迫排屑冷卻，保證加工的順利進行。

2、電加工工藝參數確定 。電加工氣膜孔須符合文件中相關要求，對表面不規則性、晶間腐蝕、局部腐蝕、斷弧或電弧燒傷及再鑄層厚度等都有嚴格規定。其中再鑄層厚度要求小于0.06mm，其與加工材料，電加工參數都存在關聯。通過選取多種參數送理化檢測，確定合理參數。

脈寬20ms 脈間24 ms 高壓電流8A 伺服50%

理化檢測再鑄層厚度符合要求，加工效率高。因此選用該參數作為電加工氣膜孔最終參數。

（三）進行緣板車削的攻關試驗，采用組合車床的工裝，選擇合適的刀具及合理的參數

1、確定車加工的工裝。由于該臺葉片只生產一臺，在工藝準備時沒有派制專用的工裝，確定采用組合工裝。工裝結構確定為制作專用定位塊，受結構和葉片尺寸大小的限制，車床轉盤上只裝配四個工位，就是每圈只加工四組葉片。定位塊的尺寸沒有到最后的尺寸，組裝后在車床上組合車加工。由于組合工裝的底盤重量大，只能安裝在數控立車上加工。

2、刀具材料的選擇。用YG10H材料車刀加工葉片。

3、加工參數的確定 。走刀量0.1mm/轉，粗車時的進給量≤0.5mm，精車時的進給量≤0.15mm。切削速度≤0.3米/秒 ，車床轉速≤6轉/分。

四、結論

本文論述了K465材料的低壓導向葉片的加工工藝路線合理可行，論文總結出零件的加工過程中涉及關鍵工序磨削加工、車削加工、電加工等多種加工工藝和加工參數；論證了K465材料切削性能較差，在機械加工過程中所有夾具選用合理的壓緊結構，避免了橫向受力產生橫向變形。采用論述中的工藝路線和參數加工出合格的葉片，我公司具備了多聯導向葉片的生產能力。endprint