[發明專利]小直徑閉式三元葉輪單個直紋曲面葉片的銑制方法及裝置

在審

• 申請號: 201510416496.5
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105290474A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 李暉;李煥軍;王立博;羅忠;馬輝;李朝峰;李鶴
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B23C3/18
• 分類號: B23C3/18;B23Q3/154
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 朱小杰

技術領域

本發明涉及離心壓縮機三元葉輪的加工技術領域，具體涉及一種小直徑閉式三元葉輪單個直紋曲面葉片的銑制方法及實施該方法的加工裝置。

背景技術

自70年代透平機械中采用三元設計理論以來，離心壓縮機以其大流量、高效率的優勢，廣受航空、機械、化工、冶金、環保等行業的青睞。三元葉輪是離心壓縮機的關鍵零部件之一，而葉片是三元葉輪的核心，葉片的加工精度直接影響到整個機組的效率。

三元葉輪一般都工作在高溫、高壓、高轉速情況下，選用材料大多為不銹鋼、高溫鎳基合金等材料。目前，三元葉輪的常規加工方法有三種：(1)輪蓋、葉片、輪轂三件焊法。這種方法是目前使用最廣泛的方法，優點是操作簡單、去料少、加工費用少，缺點是由于葉片通常利用胎具熱軋成型，回彈量較難控制，對于葉片厚度大于5mm，直徑大于600mm的大直徑葉輪，熱軋葉片回彈量對產品質量影響較小，但是對小直徑葉輪薄小葉片精度影響較大；(2)在輪蓋上銑制葉片，再焊接輪轂的二件焊法。這種加工方法葉片精度高，但是操作復雜，需要五軸數控加工中心來完成，而且大部分的閉式三元輪的葉片數目較多，在葉片進氣口處葉間間隙小，很容易撞刀，加工費用高，一般用在直徑大于600mm的葉輪上；(3)輪蓋、葉片、輪轂整體銑制法。加工工序少，葉輪精度高，但是加工復雜，需要五軸數控加工中心來完成，加工費用很高，一般用在直徑大于800mm的葉輪上。

對于小直徑三元葉輪，葉片尺寸小，形狀復雜，壁薄易于變形(最薄達2mm～3mm)，加工難點在于：

(a)如果采用方法(1)，葉片熱軋成型時很容易過燒氧化和過壓，相對回彈量大，對葉片精度影響較大；

(b)如果采用方法(2)，在加工葉尖時容易發生彈性變形，葉片越寬彈性變形越大，造成葉片厚薄不一，精度低；葉片數目多，進口葉間間隙小，刀具無法伸入進行加工；

(c)如果采用方法(3)，因葉片數目多，進口葉間間隙小，葉片進口和葉中位置在加工時造成死角，刀具無法伸入進行加工。

發明內容

為了解決上述小直徑三元葉輪葉片加工難的問題，本發明的目的在于提供一種操作簡單、無回彈量、加工葉片表面光滑的小直徑閉式三元葉輪單個直紋曲面葉片的銑制方法，該方法只需用三軸數控銑床加工中心就能完成所需加工，加工精度高、成本低、時間快。

為實現上述技術目的，本發明采用以下的技術方案：

小直徑閉式三元葉輪單個直紋曲面葉片的銑制方法，包括如下步驟：

(a)三維建模：利用葉片實體模型數據生成直紋曲面葉片，以葉片直紋曲面為分型面進行上下胎三維實體建模，上胎模含有凸起的待加工直紋曲面葉片，下胎模含有與所述待加工直紋曲面葉片形狀相適配的限位凹槽；

(b)制備胎體：確定工藝粗糙度，按照建模模型分別加工上胎體和下胎體，上胎體含有凸起的待加工直紋曲面葉片，下胎體含有與所述待加工直紋曲面葉片形狀相適配的限位凹槽；

(c)銑制葉片：將制備好的上胎體反扣到下胎體上，使上胎體凸起的待加工直紋曲面葉片與下胎體的限位凹槽相卡合，將上胎體和下胎體固定后加工銑出葉片。

其中，所述小直徑閉式三元葉輪的直徑小于600mm；所述直紋曲面葉片為等厚葉片。

所述步驟(a)中，所述限位凹槽由曲面單側拉伸切除生成，采用單側拉伸保證所建三維曲面始終保持是模具分型面，而且型線都在分型面上，便于走刀；采用加厚切除以形成與所述待加工直紋曲面葉片形狀相適配的等厚凹槽。

所述步驟(b)和步驟(c)中，加工走刀方向為直紋型線方向。

所述步驟(b)和步驟(c)中，加工走刀方式采用高轉速、小切深、小進給的加工方式。

本發明還提供了實施上述小直徑閉式三元葉輪單個直紋曲面葉片的銑制方法的裝置，包括三軸數控銑床，所述三軸數控銑床具有工作臺，所述工作臺安裝有用于吸持或釋放所述下胎體的永磁吸力磁盤。

本發明小直徑閉式三元葉輪單個直紋曲面葉片的銑制方法，具有至少以下有益效果：(1)與傳統小直徑葉輪葉片熱軋加工方法相比，操作簡單可靠，加工葉片無回彈量，葉片表面光滑，加工精度高，子午流道曲面精度可以提高到0.1mm以內；(2)借助胎體對葉片的X、Y向定位以及永磁吸力磁盤的Z向定位而切出單個葉片，采用三軸數控銑床即可完成所需加工，刀具成本明顯減少，加工時間可縮短2倍以上。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中：

圖1是本發明實施例直紋曲面葉片的中截面示意圖；