叶片根冠转接的造型和数控加工方法探讨

0 前言

　　叶片广泛用于汽轮机、燃气轮机以及航空发动机中，起着能量转换的关键作用，形状复杂，工艺要求高，加工难度大,所以目前叶片的生产主要以进口五轴数控加工中心为主，比如瑞士的斯达拉格机床，意大利的法拉利机床。这些机床一般都要几百万，甚至上千万，相应的维修成本也是非常高的，而四轴数控机床只要几十万就可以了，出于降低成本的考虑，在满足产品加工需求的前提下，应该尽量选用合理的机床。这就需要我们多研究叶片的几何特性，以及相应的加工方法。

　　叶片主要由两大部分组成，即通流部分和装配部分。装配部分一般有叶根和叶冠，有的还有阻尼凸台等，起固定和支撑作用；通流部分由型面部分和转接部分组成，是叶片的工作部分，在叶片装配以后，相邻叶片之间的型面部分、型面部分与装配部分过渡的转接部分连同装配部分的平台面共同组成了通道，蒸汽或燃气在其中流过，进行能量转换。叶片的转接部分又分为叶根转接、叶冠转接和凸台转接。

　　叶片之所以是一种难加工的复杂零件，就在于它的型面是一个光滑的空间曲面，而转接不仅自己本身有形状，还要跟随型面的形状，以及叶根、叶冠或凸台的形状，几何模型更加复杂。阻尼凸台以及凸台转接是在型面中部的凸起部分，情况比较特殊，在此不做赘述，叶根转接和叶冠转接是在型面的两端，情况比较类似，本文针对根冠转接的几何特性及造型和加工方法进行探讨。

图1 叶片的结构

1 转接的几何特性

　　1.1 几何特性

　　叶片一般是用于旋转机械，安装在转子叶轮或转鼓。叶片工作时是绕着一个回转轴在旋转。叶根和叶冠虽然都是叶片的装配部分，但它们都有一个表面是参与形成叶片的通流部分，称为平台面。

　　叶根平台面或叶冠平台面与叶片型面使用圆弧、椭圆等过渡就形成了叶根转接或叶冠转接，转接过渡时多数情况还要考虑叶根或叶冠的外轮廓。比如：做叶根圆弧过渡，圆弧半径是R20，当靠叶根处型线到叶根轮廓边缘的法向距离大于等于R20时，转接圆弧既与型面相切又与叶根平台面相切；当法向距离小于R20时，过渡圆弧与型面相切，与叶根平台面在边缘处相割，这样形成的转接清晰地显现叶根轮廓边缘，这就是我们常说的转接拉齐。

　　有的叶片设计不要求转接拉齐，那就不考虑叶根轮廓边缘，转接圆弧与叶根平台面相切，当型线到叶根轮廓的法向距离小于R20时，切点就高于叶根轮廓，叶根轮廓就离开叶根平台面延伸至转接圆弧处，外观看起来就像鼓出来一块，这就是所谓的相贯线。

图2 叶片转接的几何特性