钛合金焊接式整体叶盘的结构特点和工艺难点
文字来源：深圳市恒溢钛业有限公司人气：248发布时间：2018-06-29【小中大】
美国的先进战斗机(ATF)计划把整体叶盘设计制造列为核心技术，例如F414发动机采用了共5级的整体叶盘。根据美国国防部的高性能涡轮发动机技术(IHPTET)的第3阶段计划，到2020年，战斗机上安装的发动机涡轮都将采用整体叶盘结构。 我国在新型发动机的设计中也采用了整体叶盘结构。整体叶盘的刚性好，平衡精度高。它提高了结构的气动效率，省去了连接用的榫头和榫槽，避免了榫槽损伤等潜在的故障，从而使整台发动机推重比得到显著提高。 整体叶盘的毛坯从结构上分为整体式和焊接式2类：
（1）整体式毛坯一般采用锻压技术，锻造出一整块毛坯；
（2）焊接式毛坯把采用不同性能材料的盘体和叶片焊为一个整体，或者把空心叶片焊在盘体上，以实现更特殊的性能。 国内外整体叶盘制造采用的主要工艺有：精密铸造、数控铣削、电解加工、电火花加工等。这些工艺各有其优缺点，而数控铣削加工灵活快速、可靠性高，因此发达**多采用五坐标数控铣削加工整体叶盘。整体叶盘毛坯一般采用高强度难加工材料，不允许有裂纹和缺陷，叶片薄、扭曲度大、叶展长、受力易变形，而且由于叶片间的通道深而窄、开敞性很差，材料切除率很高，严重影响了数控铣削的可加工性。 数控铣削加工技术包括高精度五坐标机床技术、工艺技术、五轴联动编程技术、刀具技术等，它代表了相关技术领域的最新技术和水平，是新型高推重比发动机制造的关键技术之一。
钛合金整体叶盘加工工艺分析
钛合金整体叶盘的盘体和叶片材料通常采用(α+β)双相热强钛合金，具有良好的高温强度、耐腐蚀性、断裂韧性、热稳定性和蠕变性能，能够满足损伤容限设计和高结构效益及低制造成本等要求。 某钛合金整体叶盘毛坯采用焊接结构，盘体粗加工和叶片毛坯采用线性摩擦焊方式成为一个整体叶盘毛坯。叶片为变截面扭曲结构，弯扭度大、叶展长、叶片外缘薄、进气边缘和排气边缘厚度更薄（不足0.5mm）。叶盘盘体外型面为圆锥面，叶片外轮廓也是一个倒圆锥面（如图1所示）。
钛合金焊接式整体叶盘的结构特点和工艺难点
焊接整体叶盘数控加工关键就是叶片的数控铣削，必须突破下面几个重大的技术难题：
(1)叶片之间的通道窄而深，扭曲角度很大，刀具的可达性受到限制，必须采用五坐标方式并严格控制刀具的轴向轨迹；
(2)叶片为变截面扭曲结构，叶展长、叶片薄，造成叶片远端刚性极差，叶片厚度公差不足±0.1mm，较小的刀具切削力就会使叶片外缘产生较大弹性变形，从而使叶片厚度公差难以保证；
(3)钛合金优异的弹性性能使得精加工振颤加剧，必须采取有效的减振措施，避免振动对叶型表面完整性、粗糙度、厚度公差及焊缝造成不利影响；
(4)钛合金属难切削材料，切削加工本身就是个难题，叶片根部与盘体转接半径仅为R3（3mm），只能采用小直径刀具清根，让刀现象严重；
(5)盘体的外形为锥面，叶片外廓也是一个锥面，加工困难；
(6)叶片的型面不但扭曲角度大，进、排气边缘厚度为0.3mm，而且排气边缘有形状要求，刀具端刃切削时易崩刃；
(7)焊接后叶片是一块长方块形毛坯，余量分布极不均匀，此外还有摩擦焊挤出的飞边，又高又细，铣削十分困难。
总之，该整体叶盘五坐标数控铣削加工的关键技术包括叶盘通道与刀轴矢量的控制、刀具轨迹设计及光顺处理、通道的高效粗加工技术、叶片型面的精确加工技术、加工变形控制和叶片与刀具减振技术等。数控加工工艺设计及数控编程必须考虑到以上问题，采取有效的工艺措施才能保证设计要求。
整体叶盘数控加工工艺设计
1选择合适的机床 对整体叶盘进行数控铣削最理想的机床应该是带转台和主轴、能够摆角的五坐标卧式加工中心，并且主轴的摆角范围要足够大，能够实现立卧转换。 由于受设备、任务调度限制，该叶盘的加工采用了双摆头立式五坐标龙门铣，AB摆角范围为A±30°、B±30°。该设备的缺点在于没有转台，不能分度，AB摆角范围有限。因此必须针对每个叶片都有一套数控程序，程序量比带转台的机床多出了30多倍。 通过采取上述手段，此类机床能胜任该整体叶盘的数控加工。另外由于该叶盘上叶片的厚度为50mm，叶展为90mm，采取立式加工方式可使用更短的刀具，因此宜采用立式加工。
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