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试析叶轮加工精度影响因素分析及改进策略
Aug 20, 2021  来源: 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司  作者:关云超

      摘要:随着我国科学技术的不断发展,复杂曲面零件在加工生产方面的应用越来越广泛,叶轮就是一个典型的复杂曲面零件。然而,保障加工精度和加工质量水平一直是一个重要的技术难题。基于此,文章首先简要分析了叶轮加工的流程特点,随后又分别从三个方面阐述了叶轮加工精度的影响因素和叶轮加工精度的改进策略,以此供相关人士交流参考。

     关键词:叶轮加工;加工精度;影响因素;改进策略
  
     引言
  
     对于产品质量的第一评判标准就是产品的加工精度,加工精度一定要符合其制定的标准要求,不能够出现一丝一毫的差错。然而,叶轮加工是一个非常复杂的过程,涉及到了许多的加工环节,影响叶轮加工的因素也多种多样,所以如何进一步有效提升叶轮的加工精度变得十分关键。
  
     1、叶轮加工的流程和特点
  
     叶片在载体上均匀的分布是传统叶轮的特点,叶片会顺着统一的方向通过曲线形式来进行延伸,并且叶片的本体比较薄,所以加工的方式通常采用车床切削。叶轮加工主要针对四个部分,分别为叶片的整体、叶轮的根部倒角、流量通道以及中部链接去。同时,在叶轮加工的整个过程中,要通过进行各种粗加工来准确切除较大一部分的工件余量,然后再进行定位基准的设定、逐步建立加工工序来有针对性的进行工件半精加工以及精加工[1]。在加工过程中有许多步骤,每一个步骤都有着不同的工作目的和工作流程。比如,粗加工的主要目的是去除多余预料,为叶轮构造出一个基础的轮廓;半精加工主要目的是修补在粗加工中凸凹不平的表面以及有毛刺的表面,来达到让叶轮能够极其光滑的目的;而精加工作为最后一步,是对叶轮的各个具体部位来进行加工,以此来保障其精确性和良好的综合性能。
  
      2、 叶轮加工的影响因素
  
      2.1 叶轮材料选择方面
  
      在叶轮加工的过程中,以往叶轮的制造都是采用钛合金作为加工叶轮的主要材料。因为钛合金的强度较高、热强度高、抗腐蚀性好,所以材料选择都以钛合金为主,但是由于加工工艺不成熟,所以在叶轮加工的时候,经常会出现加工中叶片变形的情况[2]。叶轮加工选取的主要材料主要包括 TC4、TC11、TA6 等,主要以钛为基础进而加入其他元素而成,包括铝、钼、碳、氮等元素,上述合金具有良好的工艺性及超塑性,在航空制造领域应用广泛,非常适合作为叶轮加工这样的复杂性形状的零件的加工材料。

      2.2 关于叶轮加工刀具方面
  
      在整个叶轮的加工过程当中,机床生产时刀具的正确选择和使用,也是非常重要的。在刀具切割的时候,所使用的刀具在硬度上和它的强度适应程度上是根据每一道加工的工序步骤来进行选择的。如果刀具的强度力度不够的话,那么刀具在接触加工零件表面的时候,因为受到挤压压力超过了刀具自身的强度能力,就会造成刀具严重变形,也会使加工材料受损。还有一点,刀具在和预先设定的切、削产量相差比较大时,会造成叶轮表面材料加工过度,或者加工过低等现象发生。另外,刀具因为压力太大而在使用过程中慢慢变形的时候,因为它表面上的规格和尺寸不同,就会造成加工的表面很粗糙,降低了叶轮的加工精细程度。在整个叶轮加工的过程当中,因为它每一步的加工目的都不一样,所以就要根据每一步的加工工序,去选用不一样的正确的刀具来使用加工[3]。比如,在使用粗加工的时候,因为刀具要切割掉很大一部分的材料,所以要选用切面比较大的刀具来进行切割,例如:立式的铣刀比较适合,因为选用了合理的工具才能够加快工作的进度,提高工作效率。在对于半精加工和精加工的材料生产中,一般都会选用切削表面比较小的刀具,这样可以使表面更加光滑、细腻,大大提高了直接切削的精细度,从而达到最佳效果。
  
      2.3 设计切割的参考数据
  
      在叶轮加工的过程当中,需要提前做好切割的参考预设,比如切割的速度和进给量以及背吃刀量等所有关于切削的参考数都要进行设置。切削的速度是指在加工叶轮的生产过程当中,铣刀移动的速度,如果切割的速度比较慢会造成叶轮加工的效率降低,这样会产生一定的经济损失,从而影响了企业的经济发展要求,如果速度超过正常速度而比较大的时候,就会使加工的刀具,因为过度使用造成磨损严重,或者在加工时出现震动和颤抖的情况,这样会造成加工表面的粗糙程度,严重破坏了加工的精细程度。进给量是对于工件的加工相关的技术水平,进给量必须准确无误,如果超过标准的量会造成工件加工产生严重变形,结果会产生很大的误差。背吃刀量在设置的时候,需要注意的是,背吃刀量符合加工零件所需要的切削余量,要避免发生设计的参数设置超出标准的范畴,如果不能合理设置切削的参数,结果会导致影响加工的进度和工作效率,造成严重后果。

      3、 叶轮加工精度的改进策略
  
      3.1 选用合适的加工中心
  
      五轴加工中心是在最近仿真加工中选取的加工机床,它比之前选用的三轴中心有着更多优势。五轴加工中心的运动模式以及结构形式更加的多种多样,它可以更加灵活地控制机床上刀具的工作角度,并且还能够实时地调整所用到的刀具,这样就可以有效地避免在刀具使用时产生巨大占位或者带来较大的干涉,从而可以极大的提升整体的工作效率、工作质量以及工作水平[4]。
  
      3.2 确定加工步骤、计算参数
  
      粗加工切除毛坯余量是加工步骤中十分重要的。在叶轮加工的过程中,首要工作就是对毛坯表面的余料进行加工,将那些余料进行切除,但是因为这个步骤只涉及到了余料的切削工作,在加工的精度要求方面比较低,所以在切削的过程中要保障较快的切削速度,这样能够有效地提高切削效率,促进这项步骤的顺利完成。
  
      同时,在加工过程中,通常会使用跟随式的切削方法。并且,其参数设置也有一定的要求,通常将背吃刀量的参数设定为零点二毫米。然后根据刀具长度来确定刀具距离,通常刀具之间的距离是刀具其自身长度的四分之三[5]。更要注意的是,在切削的过程中,物件的侧面余量要固定为 2 毫米。第二个是对叶片进行半精加工,在半精加工中,它的主刀形式和粗加工比较相似,但唯一的区别是,半精加工会使用比较小的刀具来对叶片进行相应的加工,这样能够达到提升叶片光滑度的目的。
  
      值得注意的是,在切削的整个过程中,刀具其直径的十分之三要设定为刀的进给量。第三个是对叶片进行精加工。在之前一系列加工的基础之上,要对于叶片进行精加工,这是加工过程中的最后一个步骤,这样能够让叶轮的精确性得以有效提升、符合加工标准和加工要求,并会达到其预期的效果。
  
      在完成一系列的参数设置之后,需要导入三维数模来进行相关的仿真截图,然后根据后置处理的相关程序,把叶轮的各个参数直接导入,然后生成一个数控加工方面的程序,再在现场进行加工工作,最后再根据具体问题具体分析的理念,观察现场加工的实际情况进行灵活处理,促进叶片的完整性、提升叶轮表面的光滑度和平滑度,从而为叶轮加工精度能够符合产品的标准以及要求打下坚实的基础。
 
      3.3 研发先进技术以及先进设备
  
      想要提高叶轮的加工精度,是离不开先进技术和先进设备的。我国近年来的科技发展速度确实很快,对于科技生产加工也都起到了不小的影响。但是针对于叶轮加工精度这一方面,其技术研发速度还是比较缓慢的。众所周知,研发技术并不是一项简单的工作,它需要比较漫长的研究、分析过程,但是我国技术人员如果能够通过积极不懈的努力,研发出针对于提高叶轮加工精度方面的专业技术,这便能够极大的提升叶轮加工精度,从而产品的生产质量和生产效率也会得到大幅度提高[6]。此外,还要积极引进国内外各种各样能够提升叶轮加工精度的先进设备,叶轮加工行业应当积极地吸取、借鉴国内外各种优秀经验,不断地在这一专业领域进行交流学习、获取信息,全球研发先进技术与先进设备的新思路、新灵感、新方法。更重要的是,如果发现了其他国家或地区存在比较先进的提升加工精度设备,应当舍得投入成本,并且积极探索沟通、力求引进该先进设备,因为这会对于提高叶轮加工精度有着不可忽视的重要作用。
 
      4 、结束语
  
      本文通过分析叶轮加工的材料方面、刀具选择方面、切削参数设置方面这些影响因素,随后又阐述了叶轮加工精度的改进策略,从而为保障产品的加工精度提供良好选择,促进提升产品的加工质量和水平,为叶轮加工行业发展作出一定贡献。
 

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