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带叶冠变截面扭曲叶片涡轮盘能大大提高涡轮的整体结构强度和工作可靠性。但由于这种类型的涡轮盘结构复杂,叶片为变截面扭曲,叶片间距最小处为4mm,且形成了一种扭曲的小通道,选材为难以切削加工的特种合金材料,因此,难以用常规的加工工艺制造,因为常规的加工工艺无法解决切削工具与工件本身的相互干涉问题,因此这种类型的涡轮盘的整体加工成为制造业的一个难题。
本文以这种带叶冠变截面扭曲叶片涡轮盘的整体加工为研究对象,通过利用计算机技术、CAD/CAM技术和电火花特种加工技术等先进制造技术,提出了一种新的加工方法,实现了该种类型的涡轮盘整体加工,并经受了热试车的考验。
本文的工作包括以下几个部分:
1、总体加工方案的设计:针对带叶冠变截面扭曲叶片涡轮盘的结构特点,提出采用五轴数控电火花机床和合理的加工参数,设计出专用的工装和电极,先进行粗加工,以去除余量,提高加工效率,然后进行精加工到所要求的尺寸的加工途径;在加工步骤上,先进行带叶冠等截面涡轮盘的整体加工,在取得成果的基础上,再完成带叶冠变截面扭曲叶片涡轮盘的整体加工。
2、工件数学模型的建立:根据设计图纸提供的原始工件尺寸和叶型的截面数据点,通过利用计算机辅助设计技术,完成变截面扭曲叶片叶型的三维造型的实体模型的建立,更进一步完成整个涡轮盘工件的三维实体模型的建立。
3、加工用电极的设计与制造:完成加工涡轮盘所需的粗加工电极、精加工电极所用材料的选择、电极的设计和制造。在设计电极时,利用计算机辅助设计技术来完成所有电极的设计和出图工作。
4、加工叶片时电极的运动轨迹的推导和计算:利用计算机辅助设计技术完成电极在扭曲叶片通道中进行加工运动时,机床各个轴的坐标移动轨迹的计算,提出了电极运动轨迹的计算模型,最后产生编制加工程序所需的电极运动轨迹点。
5、加工用电参数和非电参数的选择和优化:根据加工试验结果,合理选择出加工用的各种电参数和非电参数。
6、加工完毕后工件的测量:通过利用计算机技术,设计专用的卡具来完成这种复杂零件的测量工作。
实践证明,所采用的加工方案是正确的,运动轨迹计算准确,各种参数设置合理,并己成功加工出了正式的产品,所加工出的产品经历了多次热试车的考验,取得了很好的效果。该技术经航天总公司专家组鉴定,属国内首创,达到国际先进水平并有所创新。