叶片加工毕业设计.docx

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叶片加工毕业设计

普通导流叶片设计与加工毕业设计

年级:

2014级

报名号:

007

姓名:

XXX

专业:

机械制造及其自动化专业

2014年6月

内容摘要

在如今的加工制造业中，叶片因其多向受力不均、外形不规则、工艺复杂而被认定为一种加工比较复杂困难的产品。

导流叶片是一种叶形较薄的叶片，因此，这种叶片的加工比较困难，既要考虑叶片加工时的振动，又要考虑实际加工效率问题，所以，设计一种简单实用，装夹方便的工装，对零件的成批量生产具有重要意义。

本文就是针对这种叶片特点来制定的一种加工工艺，用以解决实际加工中的各种问题。

关键词：

导流叶片；加工困难；制造；工装

ABSTRACT

Intoday'smanufacturing,leavesbecauseofitsmultipleunevenstress,irregularshape,complicatedprocessandhasbeenrecognizedasacomplicatedprocessdifficultproducts.Guidevaneisaleaf,leafthintherefore,processingofthevaneisdifficult,notonlytoconsiderthebladevibrationduringprocessing,butalsotoconsidertheissue,soactualmachiningefficiency,designasimpleandpractical,convenientclampingfixture,hasthevitalsignificancetothemassproductionparts.Aprocessingtechnologyofthispaperisaimingattheleafcharacteristicstodevelop,tosolvepracticalproblemsinprocessing.

KEYWORDS:

guidevane;difficultiesinprocessingmanufacturing;tooling;

2.1叶片加工方法10

3.1工艺分析简介17

3.2叶片模型工艺分析19

3.3叶片加工整体工艺21

第4章程序26

4.2加工过程的中间阶段程序26

4.2.1粗加工程序26

4.2.2精加工程序27

引言

航空发动机的历史大致可分为两个时期。

第一个时期从首次动力开始到第二次世界大战结束。

在这个时期，活塞式发动机统治了40年左右。

第二个时期从第二次世界大战至今。

60多年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机。

随着航空燃气涡轮发动机的发展，由其改型派生的非航空用轻型燃气轮机迅速成长。

与传统的蒸汽轮机、重型燃气轮机和柴油机相比，航改燃气轮机具有体积小、重量轻、功率重量比大、启动快、功率高、维修方便等特点，在车辆、发电、舰船、泵站等非航空领域得到广泛的应用，对国防建设和国民经济发展发挥了重要的作用，成为航空动力三大支柱产业之一。

航改燃气轮机的工作最早在20世纪40年代开始，经过50年代的不断努力，到60年代逐步成熟进入实用阶段，70年代以后蓬勃发展。

各大航空发动机公司都在大力开发燃气轮机，电力、船舶行业的动力公司也在借用航空发动机技术开发燃气轮机。

目前，世界上已有20多个国家、100余家厂商从事燃气轮机的成套设计、研制、生产、和销售，机组型号达300种以上，总产量超过34000台。

航改燃气轮机的工作原理基本与涡浆/涡轴发动机的相同，通过输出输出轴功率带动车轮、叶轮、船用螺旋桨和发电机工作。

发动机是飞机的心脏，而涡轮叶片则是发动机的重要部分。

第1章绪论

1.1涡轮、叶片概述

涡轮叶片是指涡轮工作叶片和导向叶片。

工作叶片的外型结构由叶身、缘板、过渡段、榫齿等组成，内型结构包括横向肋、纵向肋、找流柱和积叠轴。

导向叶片由外缘板、叶身和内缘板构成。

涡轮是处于燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室中产生的高温高压燃气首先经过燃气导向叶片，此时会被整流并通过在收敛管道中将部分压力能转化为动能而加速，最后被赋予一定的角度以更有效地冲击涡轮工作叶片。

涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，被誉为“王冠上的明珠”。

在涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀，以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。

涡轮叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键。

1.2涡轮、叶片数控加工的历史、现状

涡轮叶片是在涡轮发动机的定义上提取出来的名称。

涡轮叶片的发展史即为涡轮发动机的发展史。

从古观今，航空动力技术与数控加工技术是遥相辉映，彼此呼应的关系。

1930年空军少校惠特尔申请了专利，于1937年4月研制出世界上第一台离心式涡轮喷气发动机。

1941年5月，推力为航空发动机发展史650daN的改进型惠特尔发动机装在格罗斯特公司的E28/29飞机上进行了成功的首飞。

奥海因在1938年10月试验了采用轴流—离心组合式压气机的HeS3涡轮喷气发动机这是世界上第一架试飞成功的涡轮喷气发动机。

1944年美国制造的F—80和1946年苏联制造的米格—9均采用了涡轮喷气发动机。

飞机速度达到声速以后，为了突破“声障”，在涡喷发动机上加装了加力燃烧室，它可以在短时间内加幅度提高推力。

这是涡轮喷气发动机第一次实际投入使用。

伴随着涡轮航空事业的发展数控技术应运而生。

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。

由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。

1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由

大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。

这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。

数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。

涡扇发动机诞生于20世纪50年代，首先用于民用飞机，随后扩展到军用飞机。

20世纪60年代出现涡扇化热潮，70~80年代发展提高、广泛应用，90年代以后高度发展，取代涡喷发动机成为军民用飞机的主动力和航空推进技术研究发展的主要方向。

在20世纪80年代后期，掀起了一阵性能上介于涡桨发动机和涡扇发动机之间的桨扇发动机热。

一些著名的发动机公司都在不同程度上进行了预计和试验，其中通用电气公司的无涵道风扇（UDF）GE36曾进行了飞行试验。

1.3叶片加工发展趋势

我国涡轮叶片加工，已经具备了良好的工艺基础了，甚至略高的发动机整体涡轮叶片盘组已经不存在工艺上难题了。

其他基材的盘组或外风扇的，也可以紧跟美国和英国的路线。

工艺上摩擦法成型盘组的单片特种焊接叶片工艺有很广的应用。

我国异形叶片和大盘组及非金属基材涡扇核心组件的研究已经达到了一定水平。

总体上我国涡扇技术有国际一流的东西甚至是领先水平的技术。

也就是说，总体上处于美国80年代中期研制提速的阶段，而在个别技术上已经达到了可以和一流团队平起平坐甚至高人一等的水平（如沈阳出口的叶片技术）。

在《粉末盘女帅：

中国发动机涡轮盘材料技术不输国外》书中，说的是我国粉末高温合金涡轮盘科研团队的故事。

说明我国航空发动机领域基础性研究已经步入持续发展的正轨，过去20年的持续性投入，已经小有斩获了。

涡扇有个“扇”字，内核里面有个带扇叶的盘子组，负责疏导空气、预压缩等，这个盘子就是“涡轮盘”，那个叶子就是“扇叶”，早期“盘子”和“扇叶子”是分离的，靠榫头来拼合。

到了上世纪70年代，美国英国苏联的涡扇等发动机都采取了“一体盘”（或整体盘），所以现在也有叫“涡轮叶片盘”（简称涡轮盘或叶片盘）的。

美国通用公司首先完成产品化，不过发动机推比提高不多，后来到了80年代等项目促进了整体盘的发展。

我国是否有“一体盘”关系到我们发动机是否能达到1：

10的高推比。

这个涡轮叶片盘是发动机加工工艺的核心技术，基本要求是“均匀、纯粹、密致、轻巧、强忍、耐热、耐拉、耐压”，这些特性一个不能少，现在还要求2大特点：

1易加工、2越便宜越好。

从材料分大约几种：

钢或合金钢、合金（如，钛基、镍基）、复合基（基材的意思，如碳纤维复合基材）、陶瓷基。

随着材料的变化，和叶片形状的变化（为了流体力学需要，叶片扭曲或异形设计越来越古怪——和舰用螺旋桨一样，越来越奇形怪状，加工越来越难，如实心片到空心片、整体盘、异形片）及一体盘（整体盘）的出现，发动机涡轮和叶片盘子的加工工艺也发生了变化，从早期的榫头链接，到一体化成型。

一般来说先各个零部件的材料成型、再毛坯成型、再加工，然后反复反复再反复，把不同的组件揉合成一个“整体盘”（一体盘）具体有铸、锻、磨、焊、电、粘、烧、织、塑、压、喷.等。

这类技术也在飞速发展。

第2章叶片加工

2.1叶片加工方法

叶片是透平机械的“心脏”，是透平机械中极为主要的零件。

透平是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。

叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。

动叶片还以很高的速度转动。

在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600 ｍ/ｓ，因此叶片还要承受很大的离心应力。

叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格；叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。

叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。

所以，叶片的加工方式对透平机械的工作质量及生产经济性有很大的影响。

这就是国内外透平机械行业为什么重视研究叶片加工的原因。

随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。

叶片的主要特点是：

材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。

这就决定了叶片加工生产的发展方向是：

组织专业化生产，采用少、无切削的先进的毛坯制造工艺，以提高产品质量，节约耐高温材料；采用自动化和半自动化的高效机床，组织流水生产的自动生产线，逐步采用数控和计算机技术加工。

叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个主要部分组成，即汽道部分和装配面部分组成如图9.1。

因此叶片的加工也分为装配面的加工和汽道部分的加工。

装配面部分又叫叶根部分，它使叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证汽道部分的正常工作。

因此装配部分的结构和精度需按汽道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。

由于各类叶片汽道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。

有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。

叶冠和拉筋也可归为装配面部分。

汽道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成叶片应起的作用，因此汽道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。

2.2毛坯的制作

2.2.1选取毛坯

毛坯的规格大小对工装的设计有直接影响，根据毛坯的规格才能设计出合理的工装。

设计加工粗尺寸130x60的涡轮导流叶片，材料为1Cr11Ni2W2MoV

下料截取如图所示毛坯

2.2.2毛坯线切割粗加工

由于这种叶片的毛坯比较大，而待加工余量比较多，所以零件加工时会产生振动，