航空發動機高渦葉片氣膜孔電火花加工工藝參數優化
2013-5-5 來源： 作者：
高速電火花小孔加工原理
高速電火花小孔加工是近年來一項新興的先進制造技術。
其原理是在旋轉的中空管狀電極中通以高壓工作液，沖走加工屑，同時保持高電流密度連續正常放電。電極旋轉可使端面損耗均勻，不致受高壓、高速工作液的反作用力而偏斜。然而，在電火花小孔加工特別是深孔加工時，容易在工件上留下毛刺料芯以及被去除的工件材科的微小顆粒，阻礙工作液的高速流通，使加工速度低、加工不穩定以及工具電極損耗增大等，而這些滯留在狹小加工間隙中的微小顆粒又往往會引起二次放電的產生，使加工過程不穩定，甚至產生短路現象，導致加工難以進行。
另一方面，由于小直徑的工具電極在加工過程中易產生晃動或振動，更有助于發生二次放電現象。正是由于電火花小孔加工存在這種二次放電造成重熔層厚度增加所帶來的弊處，使得對航空發動機高壓渦輪葉片的加工工藝提出了更高的技術要求。通過工藝試驗和驗證，我們對電火花小孔加工工藝參數進行合理的優化，可以達到減小重熔層、提高氣膜孔加工質量的目的。
高渦葉片氣膜孔加工工藝分析
高壓渦輪葉片是航空發動機透平機中的關鍵部件，它工作環境十分惡劣。在發動機循環中，高壓渦輪葉片承受著燃燒后產生的高溫高壓燃氣的沖擊，有效的冷卻措施既可以保證發動機安全可靠的工作，延長發動機的使用壽命，也可以降低高溫材料的成本。發動機的性能在很大程度上取決于渦輪進口溫度的高低，它受到渦輪葉片材料和結構的限制。因此對渦輪葉片進行連續不斷的冷卻，使之可以在允許的工作環境溫度中超過材料的熔點仍能安全可靠地工作。
氣膜冷卻技術是具有代表性的重要結構改進之一，大大提高了發動機的性能：氣膜冷卻就是在渦輪葉片葉身上沿葉高方向分布了n排冷卻氣膜孔，從氣膜孔噴出的冷卻氣流在葉身表面形成氣膜，阻隔高溫的燃氣，從而提高葉片材料的耐高溫性能。冷卻氣膜孔的加工質量直接影響了高壓渦輪葉片的冷卻效果，并影響到葉片的T作壽命。
氣膜冷卻孔的加工方法通常有激光加工(Laser）、電火花加工(EDM）等方式。前者加工速度快，成本低，但是由于激光的燒熔作用，孔內粗糙度不均勻，形成較厚的重熔層，實際測量的孔直徑要小于孔的實際通流直徑；后者加工精度高，孔內粗糙度均勻，且重熔層較薄，可以加工成形孔，但是加工時間較長，成本較高。
為了得到較好的氣膜孔加工質量，目前在航空制造業中高渦葉片氣膜孔大都采用電火花方式進行加工。在氣膜孔的電火花加工過程中存在以下幾個向題：①工作液壓力降低、基體雜質、內腔表面型芯殘留附著物等會導致加工時間延長，造成重熔層增厚超標，甚至出現微裂紋。②在氣膜孔補加工時，電極與原孔完全重合困難，容易產生二次放電，對零件表面狀態會造成影響。③目前國內沒有氣膜孔內腔斜孔銳角尖邊倒圓的成熟加工技術。由此可見，重熔層的厚度是影響氣膜孔質量的關鍵要素，通過工藝參數的優化可實現重熔層厚度最小化，以改善氣膜孔的加工質量。
重熔層厚度是參數設計中用來度量氣膜孔加工質量的指際，是參數設計的核心因素，其基本思想是通過選擇系統中所有參數的最佳水平組合，使氣膜孔的加工質量最好，重熔層厚度值越小，氣膜孔的加工質量就越好。重熔層的分析過程實際上是一個擇優的問題，它通過使用正交表，以重熔層厚度T作為氣膜孔加工質量的評價指標，運用統計技術進行分析，確定最佳水平組合。重熔層厚度值的極差越大，影響因素水平就越高。
在機械制造業中，鈦合金材料具有其他金屬材料無法擁有的特點：比強度高，熱強性高，抗蝕性好；合金密度僅為鋼的58%，因此，利用鈦合金材料做成的薄壁殼體結構件，將成為國防產品通用工件。由于工件壁薄，加工容易變形，徑向夾緊力使工件產生彈性變形，刀具磨損快使加工尺寸不穩定，不易保證加工質量，使工件廢品率及加工成本居高不下，工件加工變形一直困擾技術人員及加工操作者。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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