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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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双级带叶冠涡轮盘电火花加工电极优化设计

张昆  杨一明  申泱  王华宾  沈岩  
【摘要】:整体式带叶冠涡轮盘结构代表了目前国际上航空航天发动机的发展趋势。一般结构的带叶冠涡轮盘进出口等径,电极设计及加工轨迹搜索相对较简单,而本文讨论的带叶冠涡轮盘为双级音叉整体结构,其中一级进出口有一个正负10°的倾角,顶底径呈正反锥形。由于两级间距不足20mm,电极设计受到很大限制,电火花加工轨迹搜索过程中也很容易产生干涉。本文主要针对带有锥度的一级涡轮盘叶片进行电极优化设计讨论,所用方法及设计思路亦适用于二级涡轮盘。优化设计的左A、左B电极,电极最薄处为1.0mm,明显厚于传统设计方法设计的0.3mm。为减少加工中A轴放电,在搜索轨迹时,先将涡轮盘处于叶背加工位置,搜索出无干涉的加工轨迹,然后根据设计电极时旋转的角度将涡轮盘旋转同样的角度,使涡轮盘处于叶盆加工位置。在当前位置下,利用加工叶背的电极重新搜索加工叶盆的加工轨迹。通过这样的优化设计,利用一个电极两个程序即可完成叶片通道叶背、叶盆的加工,同时由于A轴仅用于数控分度,不参与伺服放电,加工效率也大大提高。原工艺需五轴联动精密数控电火花机床进行叶片加工,改进后的电极只需四轴联动机床加一个数控分度转台即可,同样也降低了对机床的要求。为了进一步提高加工效率,设计使用了组合电极进行粗加工。此设计方案需要分别装夹左、右组合电极,同时需要调用各自不同的加工程序,加工不方便且效率低。根据双级涡轮盘结构特点,右侧的音叉结构在加工时会存在电极干涉。为此,优化设计了左右二合一整体式组合电极,同时将左右电极加工程序合并成一个。优化后只需装夹、定位一次电极、调用一次程序即可完成涡轮盘叶片的粗加工,减少了工人的操作次数,同时也消除了原先左、右组合电极定位基准不一致带来的加工误差。此涡轮盘为直纹叶片结构,因此单个电极可以采用慢走丝线切割加工完成。优化之前的方案由于电极搭接的需要,左右电极只能采用两块毛坯切割完成。优化之后的方案左极A、电极B长度不同,因此可以考虑将左右电极交叉分组,在一块毛坯上切割一次圆弧即可完成左右两个电极的加工,减少线切割的安装找正次数。由于此电极圆弧带有锥度,采用电极杆装夹固定时,难以用螺母从底面用进行紧定,因此将电极杆附近的非放电锥度部分进行取平设计,优化后的毛坯厚度比优化前减少了4mm,且电极杆装夹部位为平面结构,方便采用螺母紧定电极。本文所述的电极优化设计方案对其它涡轮盘设计也具有借鉴意义。
【作者单位】:首都航天机械公司
【分类号】:TG661;V261

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