新型增压器模锻叶片关键制造技术研究 本文关键词：叶片，技术研究，关键，增压器，制造
新型增压器模锻叶片关键制造技术研究 本文简介：摘要:新型增压器由于高性能决定了对其使用叶片的材料性能和几何精度的高要求。涡轮叶片材料是一种时效沉淀强化型镍基变形高温合金，具有很高的热稳定性、热强度性、硬度和耐磨性，同时高温热导率很低，从而导致切削性能很差。为满足批量生产要求从该零件的加工工艺方案、工艺装备等多方面开展研究，确定适合的加工方式以满
新型增压器模锻叶片关键制造技术研究 本文内容：
摘要:新型增压器由于高性能决定了对其使用叶片的材料性能和几何精度的高要求。涡轮叶片材料是一种时效沉淀强化型镍基变形高温合金，具有很高的热稳定性、热强度性、硬度和耐磨性，同时高温热导率很低，从而导致切削性能很差。为满足批量生产要求从该零件的加工工艺方案、工艺装备等多方面开展研究，确定适合的加工方式以满足叶片加工的高质量的要求。
关键词:增压器动叶片;叶身;榫齿;质量中心
涡轮动叶片是涡轮增压器转子涡端的重要组成部件。涡轮叶片工作中承受较大的工作应力和较高的工作温度，且应力和温度的变化也较频繁和剧烈，此外还有腐蚀和磨损问题，其对工作条件的要求苛刻，因此要求叶片的加工精度很高。同时为提高涡轮效率，涡轮叶片的表面形状通常设计成扭曲的变截面曲面，形状复杂。涡轮叶片往往采用高温合金铸造或锻造。这种零件加工时易变形且材质为难加工材料，对加工过程的工艺装备要求较高。
1锻造毛坯工艺分析
新型增压器涡轮叶片是由模锻制成，由叶身、叶根、缘板3部分组成，如图1所示。叶身是叶片的工作部分，其型面采用变截面扭转曲面;叶根是将动叶片固定在涡轮盘上的连接部分，采用枞树状榫齿结构。涡轮叶片材料采用镍基高温合金，其毛坯采用模锻方法锻制成型。与铸造叶片材料K418相比，该高温合金能进一步改善零件的微观组织，提高其使用时的强度和承载能力，适应增压器大流量、高压比的性能要求。模锻叶片是经热轧棒镦锻榫头和叶尖工艺台、粗模锻叶身、精模锻叶身3道主要工序制成毛坯。镦锻榫头和叶尖工艺凸台采用平锻机锻造，粗模锻叶身和精模锻叶身采用螺旋压力机。模锻过程中采用感应加热炉进行精确控温。叶片毛坯在锻造成型后进行切边处理，然后进行固溶处理和时效处理，热处理后应对锻件几何尺寸精度和外观质量进行检测并在叶片毛坯和试棒上取样进行化学成分、金相组织和力学性能检验(包括高温性能)，对叶片内部质量进行无损探伤抽检。
2制造过程分析
由于模锻毛坯加工余量较大，需要保证成品的质量中心不能偏移，如图3所示，并且单件质量偏差不能超过4g，否则将因单件质量有偏差进而影响整机性能，所以对叶片的整个制造工艺方案设计要求是极高的。对于叶片这类薄壁件，加工工序多，基准转换多，加工时易产生振动，影响工件表面质量。编制工艺流程时就需要综合考虑定位基准、夹具夹紧方式、必要的辅助支撑等避免振动、变形。经分析制定工艺路线如下:粗铣叶盆基准面→粗铣叶背基准面→铣进气边基准面→铣出气边基准面→线切割榫头顶面→线切割叶尖顶面→精铣叶背基准面→线切割榫齿型面→精磨榫齿→磨榫齿顶面→磨叶盆侧缘板侧面→磨叶背侧缘板侧面→线切割切榫头端面→磨出气边、进气边榫头20°端面→粗铣叶身型面→半精铣叶身型面→精铣叶身型面→线切割工艺凸台→抛光叶身型面→磨进、出气边榫头4°端面.
3叶片关键制造过程研究
3．1叶身铣削仿真加工及验证
叶身加工设备采用DMU80P五轴镗铣加工中心，为避免加工时产生振动，设计了带有顶尖结构的专用工装，顶尖顶紧叶片的工艺叶顶，如图4所示。为防止工装撞刀，采用模拟仿真进行干涉检查，输出的程序即可避免撞刀从而提高加工的安全性。由于锻造叶身加工余量较大，故进行分步加工。粗加工采用三轴铣削避免机床在四轴以上产生的多轴加工振动，最大程度上高效去除加工余量;半精加工与精加工采用四轴联动铣削工序间留0．3mm余量，避免切削量过大造成振动，影响表面质量。另外，由于高温合金加工时易产生高温，会大大降低刀具寿命，因此在刀具选取上采用钼系、高钴、高钒等涂层保持刀具的刚性和耐磨性，进而保证精加工后叶身表面质量。经3D扫描检测加工产品符合技术要求，如图5所示。
3．2磨削榫齿
榫齿既是叶片的安装基准，又是叶片的加工基准，因此对榫齿的尺寸精度和表面质量要求很高，如图6所示。从图中可以看出，涡轮叶片榫齿的尺寸精度要达到±0．008mm，表面粗糙度为Ｒa0．8μm，采用仿形铣削、线切割等方法都难以满足榫齿型面加工要求。而缓进成形磨削是一种采取小进给量、大磨削深度的方式，高效去除加工余量的磨削方法。采用这种方法可从毛坯直接磨成满足加工要求的表面形状，既高效又保证了加工质量。经过工艺试验，确定了合理的磨削留量、进给速度及砂轮修整量等工艺参数。磨削后的榫齿经平行度检验，榫齿的型面轮廓经50倍放大投影检验均满足产品图样要求。该加工方式可靠、稳定。
4结论
通过分析涡轮动叶片的特点及结构，从毛坯到成品进行全制造过程分析制定工艺方案。经实际加工检验，整套工艺方案满足加工要求。
参考文献:
［1］张占贵．涡轮增压器叶片加工方法的比较［J］．机械工程与自动化，2012，(5):195—196．
［2］谢永慧，刘象拯，张获．汽轮机叶片三维参数化特征造型研究［J］．汽轮机技术，2005，(1):52—54．
作者：于惠洋 单位：中车大连机车研究所有限公司
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