航空發(fā)動機(jī)葉片加工中二次造型的研究及應(yīng)用

張寶峰

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

航空發(fā)動機(jī)葉片加工中二次造型的研究及應(yīng)用

張寶峰

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘要：航空發(fā)動機(jī)是一個(gè)國家工業(yè)實(shí)力的重要體現(xiàn)，尤其是近些年來，我國加大了對于航空工業(yè)的投入，使得我國的航空發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)了較大的發(fā)展。在航空發(fā)動機(jī)的加工制造中，葉片類零件屬于薄壁類零件，在航空發(fā)動機(jī)葉片的加工過程中受到切削力的影響會導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片在加工過程中出現(xiàn)一定程度的變形，從而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度降低，影響航空發(fā)動機(jī)葉片的使用效果及使用壽命。通過在航空發(fā)動機(jī)葉片加工的過程中使用材料力學(xué)的分析法來對葉片的變形規(guī)律進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出通過采用二次造型的方法來對航空發(fā)動機(jī)的葉片進(jìn)行加工以確保航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度。

航空發(fā)動機(jī)；葉片加工；變形；二次造型

航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟，其制造精度的高低對于航空發(fā)動機(jī)的使用性能有著極為重要的影響，其中航空發(fā)動機(jī)葉片由于屬于薄壁類零件，其在加工的過程中容易受到切削力及材料的影響而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片出現(xiàn)一定的變形從而影響航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度。通過使用材料力學(xué)與有限元分析法找出航空發(fā)動機(jī)葉片在加工過程中變形的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上對產(chǎn)生的葉片變形進(jìn)行二次造型以提高航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度。

1.導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片加工變形的因素分析

航空發(fā)動機(jī)葉片屬于薄壁類零件，在航空發(fā)動機(jī)葉片的加工過程中會造成其加工變形的影響因素眾多，這些影響因素相互影響相互制約工作共同影響航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度?，F(xiàn)今在航空發(fā)動機(jī)葉片的加工變形的原因分析中多考慮的是加工中的彈性變形對航空發(fā)動機(jī)葉片加工所造成的影響。而在航空發(fā)動機(jī)葉片的加工過程中，采用數(shù)控補(bǔ)償?shù)姆绞絹韺娇瞻l(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行加工時(shí)，毛坯件剛度不足所導(dǎo)致的航空發(fā)動機(jī)葉片加工變形是影響航空發(fā)動機(jī)葉片加工精度的主要影響因素。在對航空發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行銑削加工時(shí)，加工所產(chǎn)生的銑削力會使得航空發(fā)動機(jī)葉片毛坯件產(chǎn)生一定的彈性變形，而當(dāng)?shù)毒咄瓿闪藢τ谝蚯邢髁Χ鴮?dǎo)致變形的葉片部分時(shí)，葉片會彈性恢復(fù)，從而導(dǎo)致實(shí)際切削量偏少從而使得加工后的航空發(fā)動機(jī)葉片壁厚過大的加工誤差，因此，在航空發(fā)動機(jī)葉片加工時(shí)因葉片變形會導(dǎo)致讓刀而導(dǎo)致切削量較小從而造成超差。因此，通過分析航空發(fā)動機(jī)葉片加工時(shí)由于切削力而導(dǎo)致的航空發(fā)動機(jī)葉片變形的規(guī)律并在數(shù)控加工過程中予以相應(yīng)的加工補(bǔ)償以確保加工后工件彈性恢復(fù)后能夠形成符合公差要求的弧面。

在分析航空發(fā)動機(jī)葉片加工過程中因切削力所導(dǎo)致的切削加工變形可以使用材料力學(xué)和有限元分析法來對相應(yīng)的變形量進(jìn)行分析。航空發(fā)動機(jī)葉片屬于自由曲面，因此其截面形狀極為復(fù)雜，因此在分析由于切削力所導(dǎo)致的變形量的計(jì)算上所使用的慣性積、慣性矩等的參數(shù)不能僅僅通過采用簡單的代數(shù)運(yùn)算算出，需要在分析航空發(fā)動機(jī)葉片參數(shù)的基礎(chǔ)上采用數(shù)值積分的方式予以計(jì)算。在對葉片受力分析建立模型的過程中假定刀具切削過程中所產(chǎn)生的切削力的大小保持不變且航空發(fā)動機(jī)葉片在加工過程中所產(chǎn)生的變形主要是由彎曲和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)主要因素所造成的，在分析航空發(fā)動機(jī)葉片沿長度方向的加工彎曲變形時(shí)，應(yīng)忽略夾具對葉片所造成的影響。在刀具的加工過程中，刀具切削所產(chǎn)生的切削力會垂直于葉片表面形成向下的切削力，從而導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，因此假定造成航空發(fā)動機(jī)葉片變形的力主要是由于刀具所產(chǎn)生的垂直于航空發(fā)動機(jī)葉片表面的一個(gè)向下的作用力，此作用力會導(dǎo)致葉片變形并造成讓刀從而影響航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度。

通過對航空發(fā)動機(jī)葉片加工過程中的受力變形進(jìn)行建模分析可以推出航空發(fā)動機(jī)葉片的最大彎曲變形發(fā)生在航空發(fā)動機(jī)葉片葉身中間靠近頂尖端的部位，約在航空發(fā)動機(jī)葉片長度接近60%的部位。在切削力產(chǎn)生一個(gè)彎曲變形的同時(shí)也會在航空發(fā)動機(jī)葉片上產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)的作用力，其中扭轉(zhuǎn)變形的特點(diǎn)是在航空發(fā)動機(jī)葉片截面的中間區(qū)域變形不大而在航空發(fā)動機(jī)葉片的緣頭區(qū)域則會劇烈的增大。其中，航空發(fā)動機(jī)葉片的變形量主要與葉片的寬度有關(guān)，通過對航空發(fā)動機(jī)葉片的彎曲與扭轉(zhuǎn)受力變形進(jìn)行綜合分析可以看出：航空發(fā)動機(jī)葉片從葉片的根部、葉尖直至航空發(fā)動機(jī)葉片的最大彎曲變形處這一彎曲變形量呈現(xiàn)出線性分布的特點(diǎn)，而航空發(fā)動機(jī)葉片的扭轉(zhuǎn)變形則主要產(chǎn)生于葉尖端緣頭處。在航空發(fā)動機(jī)葉片的截面內(nèi)，從中部指向緣頭區(qū)域，航空發(fā)動機(jī)葉片的扭轉(zhuǎn)變形以二次曲線規(guī)律增大。通過對航空發(fā)動機(jī)葉片受力變形使用有限元進(jìn)行建模分析驗(yàn)證，確保航空發(fā)動機(jī)葉片的加工變形量與分析結(jié)果相一致。

2.航空發(fā)動機(jī)葉片加工變形的解決措施

在航空發(fā)動機(jī)葉片的加工質(zhì)量會受到切削力、刀具、毛坯件的質(zhì)量等多種因素的影響，同時(shí)在完成了對于航空發(fā)動機(jī)葉片的加工變形后由于加工應(yīng)力的釋放會導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)葉片產(chǎn)生一定的彎扭變形。為解決加工所帶來的加工誤差，需要在總結(jié)分析航空發(fā)動機(jī)葉片加工過程中變形規(guī)律的基礎(chǔ)上對航空發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行二次造型以提高航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度。在對航空發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行加工的過程中對彎扭變形后的葉片模型作為目標(biāo)實(shí)體進(jìn)行加工，從而使得葉片在加工前具有一定的反應(yīng)變形用以抵消航空發(fā)動機(jī)葉片加工過程中由于切削力和熱應(yīng)力而導(dǎo)致的葉片變形，從而確保航空發(fā)動機(jī)葉片的加工精度。

結(jié)語

航空發(fā)動機(jī)葉片的加工是確保航空發(fā)動機(jī)加工質(zhì)量的重要一環(huán)，本文在分析造成航空發(fā)動機(jī)葉片加工變形影響因素的基礎(chǔ)上對如何做好航空發(fā)動機(jī)葉片的二次造型加工進(jìn)行了分析闡述。

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