閉式整體葉盤五軸數控加工技術的研究

韋煥榮

摘 要：閉式整體葉盤是航空發動機的關鍵零件，其結構復雜，加工精度要求高，在實際加工過程中通常采用多軸數控加工。基于此，本文主要研究閉式整體葉盤五軸數控加工技術，希望對相關人員有所啟示。

關鍵詞：閉式整體葉盤;五軸數控加工;加工工藝

引言：只有做好閉式整體葉盤的數控加工工藝，才能夠促使閉式整體葉盤的質量能夠得到保障，進而才能夠符合實際使用需求，由此可見，在采用五軸數控技術進行閉式整體葉盤的加工時，一定要規范工藝流程，細致的做好每一步工藝流程的工作，進而才能夠實現對零件的完美加工。

1 閉式整體葉盤概述

閉式整體葉盤是航天發動機的核心部件，整體式葉盤能夠實現一個零件、較強力學性能，從而促使航空發動機能夠省去一些不必要的零件，進而促使航空發動機的重量大幅度降低，促使發動機擁有更好的推動比。整體式葉盤分為閉式整體葉盤和開式整體葉盤，而據筆者調查研究現實，閉式整體葉盤相比于開式整體葉盤而言，其內輪轂、外輪轂與葉片是連接在一起的，整體空間結構好，故而能夠避免氣流在榫頭出存處較大的流失現象，為航空發動機能夠發揮出良好的整體性能提供保障[1]。

2 閉式整體葉盤的結構分析

閉式整體葉盤的結構主要包括內輪轂、外輪轂和葉片。內輪轂是在閉式整體葉盤的結構中主要起到的是為葉片傳輸動力的作用，其位于閉式整體葉盤的中間部位，呈現的是回轉體的狀態。外輪轂位于閉式整體葉盤外部的環，與葉片相連。葉片是閉式整體葉盤的核心，呈現曲線條的形狀[2]。

3 閉式整體葉盤五軸數控加工技術分析

3.1 閉式整體葉盤加工通道區域

在進行閉式整體葉盤的數控加工時，首先需要確定閉式整體葉盤的加工區域，進而才能夠促使閉式整體葉盤的數控加工能夠有效進行。閉式整體葉盤的加工區域主要包括單通道內環加工區域和單通道外環加工區域，而在進行這兩個區域的數控加工時，單通道內環加工區域需要與閉式整體葉盤的內輪轂相鄰，而單通道外環加工區域需要與閉式整體葉盤的外輪轂相鄰。

3.2 閉式整體葉盤五軸數控加工工藝分析

現階段，常用的閉式整體葉盤為TC4材料，因此本文選取TC4材料的閉式整體葉盤進行分析，其基本參數為：（1）材料：TC4;（2）直徑：249.2;（3）總高：37;（4）孔徑：120;（5）葉片數：29。

首先，從閉式整體葉盤五軸數控的加工難點來分析。由于閉式整體葉盤主要應用于航空航天領域航空發動機零件的制作，而航空發動機對零件的要求是需要為航空發動機提供一定的發動動力，而閉式整體葉盤所制作的零件就必須滿足航空發動機對動力的需求，而通常情況下，為了滿足航空發動機對零件的動力學需求，往往采用使用較多葉片數的形式來增加零件的力學動能，然而據筆者調查研究現實，由于葉片的扭角較大，而閉式整體葉盤五軸數控加工既要保證閉式整體葉盤的力學性能，還需要保證閉式整體葉盤的整體質量，這就導致閉式整體葉盤五軸數控的加工較為困難。一方面，通過上文對TC4材料的閉式整體葉盤分析可知，該閉式整體葉盤壁較薄，加之TC4材料拉伸性能較好，受力易變形，因此，在實際加工過程中閉式整體葉盤受外力的作用的情況是不可避免的，而當閉式整體葉盤受外力影響時，則會導致閉式整體葉盤產生形變，進而導致閉式整體葉盤無法為零件提供良好的力學性能。另一方面，閉式整體葉盤通道較窄，而這就導致在使用刀具進行加工時，閉式整體葉盤能夠基于刀可移動空間的范圍較窄，經常存在刀具損害閉式整體葉盤表面的現象，同時，由于閉式整體葉盤通道較窄，導致在進行閉式整體葉盤五軸數控加工時只能夠采用單面加工的形式，而對另一面加工時需要將閉式整體葉盤翻面，這就導致加工流程較為繁瑣。

其次，從閉式整體葉盤加工工藝內容來分析。現階段，在使用五軸數控技術對閉式整體葉盤進行數控加工時，往往會使用鈦合金、高溫合金等材料對閉式整體葉盤進行加工，然而，在實際加工的過程中，為了保證加工材料的形狀、性能滿足閉式整體葉盤的加工需求，需要對高溫合金、鈦合金等材料進行切削，且若不能夠對閉式整體葉盤五軸數控加工工藝進行合理的控制，則會導致加工材料存在毛坯余量較大，進而出現材料浪費的現象，這就導致加工成本大量增加，因此，制定一套科學、合理的閉式整體葉盤五軸數控加工方案尤為重要。在進行閉式整體葉盤的五軸數控加工時，相關工作人員需要先了解閉式整體葉盤的結構特點，并根據閉式整體葉盤結構特點分析零件數控加工的可行性，從而編制出初始的閉式整體葉盤加工流程，并結合零件的設計圖紙，對閉式整體葉盤數控加工的編程原點進行合理的選擇，隨后根據加工編程原點、零件圖紙對初始加工流程進行修改，并制作加工工序、裝夾方式等，最后需要根據閉式整體葉盤的加工流程結合零件的設計圖紙選擇合適的加工機床，并合理的設置切削參數，制定走刀路徑，從而達到保證閉式整體葉盤數控加工質量的同時盡可能的避免出現材料資源浪費的現象。

最后，從閉式整體葉盤加工工藝流程的角度來分析。由于閉式整體葉盤加工工藝較為復雜，且加工難點較多，對于每一道工序的要求都是非常的嚴格，因此，在實際對閉式整體葉盤進行數控加工時，往往會采用五軸聯動數控機床對閉式整體葉盤進行加工，以此來保障加工的質量。通常情況下，閉式整體葉盤數控加工工序包括毛坯制造、外形車削、五軸加工及成品檢測等內容，而選用五軸聯動數控機床對閉式整體葉盤進行數控加工時，需要在原工序的基礎上提高切削效率、減少切削應力，從而才能夠促使加工出來的零件質量更好、力學效果更好。因此，在進行毛坯制造時，為了減少加工應力對閉式整體葉盤的產生的形變影響，需要在毛坯粗車加工時在閉式整體葉盤的外部邊緣地區留有一部分的余量，除此之外，還需要對進行完毛坯加工后的閉式整體葉盤進行加工應力熱處理，以幫助閉式整體葉盤消除加工應力，避免產生形變。在進行外形車削時，為了減少加工應力對閉式整體葉盤的產生的形變影響，需要在閉式整體葉盤葉片的進口處和出口處分別留有余量，由于葉片較薄，極易受加工應力的影響，因此需要用余量的力學作用來減輕加工應力的影響。由于單通道內環加工區域與內輪轂相離較近，單通道外環加工區域與外輪轂相離較近，故而在進行單通道加工時可同時進行內輪轂和外輪轂的精加工，通常情況下需要進氣端與出氣端分別進行加工，以此來避免在加工過程中刀具對閉式整體葉盤產生劃傷而出現刀痕。在進行閉式整體葉盤的根部清理時，需要用小直徑的錐度球頭刀對閉式整體葉盤的根部區域進行清理。在進行完上述流程之后，需要對閉式整體葉盤的成品進行檢測，主要檢測目標為閉式整體葉盤的加工質量，包括是否存在劃痕、是否存在毛刺等問題，若發現存在上述問題則需要利用研磨的方式將較小的劃痕和毛刺進行修復，而當劃痕和毛刺較大時，則需要重新進行數控加工。

結論：綜上所述，由于閉式整體葉盤是現階段我國航空發動機零件的主要材料，因此，做好閉式整體葉盤的數控加工工藝尤為重要。由于閉式整體葉盤數控加工難度較高，工藝較為繁瑣，故而采用五軸聯動數控加工機床，在加工的過程中，需要嚴格按照規定的加工工藝內容及加工工藝流程進行加工，從而才能夠在保證閉式整體葉盤完整力學性能的同時提高閉式整體葉盤的加工質量。

參考文獻：

[1]楊濱濤; 夏崢嶸; 陶建民.閉式整體葉盤流道粗加工分層區域邊界刀路刀軸計算方法[J].新技術新工藝，2019，03（25）：148-149.

（廣西工業技師學院，廣西 南寧 530031）