数控技术在大型钛合金风扇叶片型面加工发展应用

　　大涵道比涡扇发动机风扇叶片，在长度尺寸方面基本都达到了500mm 以上，这种大型化的结构特点使其工作中承受的离心力和振动应力都非常大，因此也成为大型涡扇发动机上具有非常重要意义的零件。目前，很多涡扇发动机仍然采用技术比较成熟的钛合金阻尼台风扇叶片，这种叶片型面所呈现的狭长结构使其在盆背方向薄壁结构形式下的弱刚性特点更加突出。这种结构刚性较差的状况与型面总体面积较大、材料难加工的性质，为其利用传统机械加工工艺进行加工带来了不利影响，直观的体现是型面的轮廓尺寸精度、位置精度保证困难，手工抛光效率低、劳动强度大，叶型易产生烧伤、烧蚀现象。上述题目的存在构成了叶片生产的瓶颈。随着多轴联动数控加工技术的发展应用和针对该种叶片型面加工工艺的研究，使该种叶片型面加工的难点逐步得到突破，加工的质量、效率水平达到了比较理想的状态。

大型钛合金风扇叶片型面数控加工主要工艺路线

　　对于大型钛合金风扇叶片型面的加工，从传统工艺所涉及的各方面因素进行考虑，其存在的不利影响有以下几个方面。

　　1 材料的影响

　　（1）钛合金弹性模量小，易造成叶片加工的装夹变形；加工中后刀面的磨损，又轻易出现切削力的增大。

　　（2）导热性差，手工抛光的干磨削易造成应力变形和烧伤、烧蚀现象。

　　2 叶片结构的影响

　　（1）型面总体加工面积大，刀具加工全过程中因磨损所造成的精度影响较大。

　　（2）手工抛光因拿持不便，劳动强度大，加工精度难以保证。

　　3 毛料状况影响

　　由于材料与规格尺寸的影响，使得难以获得理想的余量分布，由此造成型面余量往除不均所形成的切削力波动，产生应力变形。

　　4 机床功能影响

　　（1）叶片型面的曲面结构、刀具的固定方向切进、实际切削角度与切削参数的不同造成切削力的变化。

　　（2）冷却条件差，冷却不充分与无冷却的状况造成热应力变形。

　　针对大型钛合金风扇叶片型面加工的难点因素，依据多轴联动数控加工技术所具有的综合加工上风，确定的主要加工工艺路线是：叶片榫头及辅助定位基准的加工→叶片型面数控粗铣加工→消除应力退火→定位基准修复→叶片型面数控精铣加工→型面光精加工。以上工艺路线所确立的总体工艺思路是：型面数控粗铣加工进行大部分余量的往除，并使精铣加工具有理想的余量分布；叶片型面数控精铣加工保证型面的几何尺寸和位置精度基本达到叶片终极的精度要求；叶片型面的光精加工保证型面的表面层质量达到要求。

大型钛合金风扇叶片型面数控铣加工要点

　　按照叶片型面总体工艺思路要求，叶片型面的铣削加工要保证型面的几何位置精度基本达到设计要求水平，并具有一定的表面粗糙度质量，同时加工中效率的进步也是型面铣削的重点工作之一。依据对大型钛合金风扇叶片型面加工特点的了解，需要综合考虑设备、刀具、加工定位等多方面因素的影响。

　　对于大型钛合金风扇叶片型面的铣削加工，选择五轴联动加工中心是非常必要的。选择成熟的五轴联动叶片加工中心既有高效加工方面的考虑，也有加工精度保证能力方面的考虑。对于曲率变化较大的型面加工，机床主轴的摆角功能能够很好地适应型面曲率变化所对应的切削受力一致的要求，机床高压冷却系统使切削温度大幅度降低，避免刀具快速磨损，使型面加工获得良好的加工精度和表面加工质量。

　　为了防止和减小长叶片装夹和切削加工中产生的扭转变形，要保证设备前后端装夹叶片的回转轴具有同步回转功能，其目的是改变传统叶片加工工艺使用的一端夹紧、一端顶紧的定位装夹方式，避免叶片装夹时产生的弯曲变形和叶片回转加工时一端转动、一端随动而使叶片型面在长度方向产生的扭转变形。适应于叶片定位装夹的该项要求，叶片尾端辅助定位部分，相对于前真个榫头定位基准要具有严格的位置精度要求，在型面粗加工完成后，对于因应力变形而产生的叶片前后端定位基准之间的位置精度误差，要给予修复。叶片型面加工用夹具，在安装到机床前后两端回转轴上后，在确定机床前后两端回转轴不存在同心度误差的情况下，利用专用芯轴对前后夹具的安装精度进行检测调整，保证两端夹具具有正确的位置精度关系，以免机床前后回转轴的同步回转功能因夹具装夹精度差而产生额外扭转应力。