渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器的加工工藝研究

楊偉明

【摘 要】發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)器中扮演著動(dòng)力的大腦。文章以渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器為載體，詳細(xì)且有針對(duì)性地研究了加工工藝策略及刀具路徑設(shè)置的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以及在實(shí)際加工過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)，介紹了定軸加工的工藝策略及用法，并對(duì)葉輪擴(kuò)壓器的刀具路徑設(shè)置及實(shí)際加工進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】擴(kuò)壓器;工藝策略;刀軌設(shè)置;定軸加工;研究

1 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)、大型船舶及車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，屬內(nèi)燃機(jī)的一種，是一種利用旋轉(zhuǎn)的機(jī)件從穿過(guò)它的流體中汲取動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)。主要有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)等。但無(wú)論哪種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，都具備三大部分，即燃燒室、渦輪機(jī)及壓縮機(jī)。擴(kuò)壓器是由離心壓縮機(jī)產(chǎn)生，依靠動(dòng)能轉(zhuǎn)換靜壓能的裝置，它的主要任務(wù)是有效地轉(zhuǎn)化靜壓能，還發(fā)揮收集和引出氣體的作用，是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)中重要的組成部分。

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器由13個(gè)葉片組成，擴(kuò)壓器正反面三維模型如圖1所示，其葉片按一定的角度和比例均勻地鑲嵌在基體上，中間轉(zhuǎn)彎段通過(guò)圓弧過(guò)渡連接。該擴(kuò)壓器采用整體等葉高分布的方式，以葉片高度的分布為基準(zhǔn)，由輪蓋型線偏置出輪轂的型線。擴(kuò)壓器入口直徑為92 mm，最大直徑為107 mm，葉片高度為7.5 mm，軸向長(zhǎng)度為19 mm。

2 工藝研究

產(chǎn)品零件的加工在實(shí)踐中要盡可能地減少裝夾次數(shù)，要盡可能多地在一次裝夾中加工更多的輪廓特征，需要在工藝路線設(shè)計(jì)時(shí)找到最優(yōu)的加工路線，這樣不僅可以保證零件的加工精度，也能提高加工效率，保證質(zhì)量，減少成本。擴(kuò)壓器零件的主要特征是型腔、孔和葉片，并配合圓角的過(guò)渡、螺紋孔的切削。該零件的主要加工難點(diǎn)是葉片的加工及其精度的保證，對(duì)車(chē)削葉片最大輪廓尺寸的精度要求較高，上偏差為-0.180 mm，下偏差為-0.234 mm，公差為0.054 mm;上表面圓形型腔上偏差為+0.05 mm，下偏差為0 mm，公差為0.05 mm;中間孔上偏差為+0.021 mm，下偏差為0 mm，公差為0.021 mm;且該孔與上表面圓形型腔的同軸度為0.025 mm;反面型腔面與上表面基準(zhǔn)面的公稱(chēng)尺寸為12.4 mm，且上偏差為-0.06 mm，下偏差為-0.08 mm，因此公差為0.02 mm，屬加工精度較高的部位，零件工程圖如圖2所示。此外，13個(gè)葉片的加工及葉片間13個(gè)R2.1 mm的圓角在切削加工過(guò)程中也需要得到保障，在整體加工中需要根據(jù)實(shí)際情況把握加工精度。因此，在加工過(guò)程中按照事先準(zhǔn)備好的毛坯進(jìn)行裝夾和定位，隨后按照先孔后面、先粗后精的原則對(duì)孔，對(duì)葉片區(qū)域進(jìn)行粗加工，隨后進(jìn)行螺紋和葉片的精加工。加工工藝表見(jiàn)表1。

3 刀路規(guī)劃研究

對(duì)于切削加工的零件而言，在有準(zhǔn)確的工程圖之后，首先在切削加工過(guò)程中要做好相應(yīng)毛坯的裝夾和定位，然后按照既定的加工工藝進(jìn)行切削加工。對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器而言，該零件的主要加工部位和重點(diǎn)加工部位為葉片部位，葉片數(shù)量多，切削量相對(duì)較大，精度相對(duì)較高，因此主要的加工難點(diǎn)在于保證葉片的精度和質(zhì)量。針對(duì)葉片特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)葉片的加工工藝、刀具路徑設(shè)置和參數(shù)做了詳細(xì)的研究，并用設(shè)計(jì)好的切削參數(shù)和刀具路徑在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行了驗(yàn)證，最后完整高效地加工出所需零件，并檢驗(yàn)合格。相應(yīng)的策略和參數(shù)分別如下：①葉片粗加工，采用型腔銑的策略，對(duì)葉片區(qū)域進(jìn)行粗加工，應(yīng)用跟隨部件的切削模式和深度優(yōu)先的切削順序以0.8 mm的深度進(jìn)行銑削，余量為0.2 mm。②葉片上表面粗加工，采用面區(qū)域銑削的策略，采用跟隨周邊的切削模式，轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，切削進(jìn)給率為3 500 mm/min。③葉片半精加工，采用深度加工拐角的策略，最小切削長(zhǎng)度為1 mm，合并距離為3 mm，最大距離為恒定值0.4 mm。④上表面葉片半精加工，采用面區(qū)域銑削的策略，切削區(qū)域空間范圍選定壁，刀具平直百分比為60%。⑤葉片圓角清根采用固定輪廓銑的方式，需要指定矢量為x軸發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)方式為清根，最大拐角角度為135°，部件余量為0.8 mm。⑥葉片精加工采用深度輪廓銑的策略，合并距離為3 mm，最小切削長(zhǎng)度為1 mm，最大距離為恒定值0.25 mm，部件余量為0 mm。加工刀具路徑如圖3所示。

4 定軸加工

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品加工精度和質(zhì)量的要求越來(lái)越高，雖然多軸機(jī)床的使用越來(lái)越廣泛，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密程度高，導(dǎo)致其剛性相對(duì)較低，誤差的累積也相對(duì)較高，加工成本高昂。在多軸數(shù)控加工中，定軸加工是優(yōu)先使用的工序，定軸加工在多軸加工工序中可以分為“3+1”和“3+2”兩種模式。簡(jiǎn)單通俗的理解“3+1”模式為三軸聯(lián)動(dòng)加一個(gè)用工件定位的軸;“3+2”模式為三軸聯(lián)動(dòng)加兩個(gè)定位軸。也就是在多軸數(shù)控機(jī)床切削加工開(kāi)始之前，A軸（B軸）或C軸，或兩軸相互聯(lián)動(dòng)（五軸加工機(jī)床）旋轉(zhuǎn)，將工件定位至要加工的位置和角度后，保持此狀態(tài)固定不動(dòng)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行其他軸運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始切削加工的一種方式。

5 小結(jié)

本文詳細(xì)地分析和研究了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工策略和刀具路徑設(shè)置。著重對(duì)擴(kuò)壓器葉片部分的加工做了深入的研究和詳細(xì)的說(shuō)明，從實(shí)際的加工角度設(shè)計(jì)工藝路線，減少了切削時(shí)長(zhǎng)，增強(qiáng)了加工精度，提高了效率;并結(jié)合定軸加工策略及其在多軸加工發(fā)揮的作用，為同類(lèi)零件的生產(chǎn)和制造提供了借鑒的思路，在加工工藝方面做出了更為優(yōu)化的路線設(shè)定。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓器加工實(shí)物如圖4所示。

參 考 文 獻(xiàn)

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