航空發動機高（gāo）渦葉片氣膜孔電火花加工（gōng）工藝參數優化
2013-5-5 來源： 作者：
高速電火花（huā）小（xiǎo）孔加工（gōng）原理
高速電火花小（xiǎo）孔加工是近年來一項新興的（de）先進製造技術。
其原（yuán）理是在旋轉（zhuǎn）的（de）中空管狀電（diàn）極中通以高壓工作液，衝走加工屑，同時保持（chí）高電流密度連續正常放電。電極旋轉（zhuǎn）可使端麵損耗均勻，不致（zhì）受高壓、高速工作液的反作用力而偏斜。然而，在電火花小（xiǎo）孔加工特（tè）別（bié）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（jù）電極損耗增大等，而這些（xiē）滯留在狹（xiá）小加工間隙中的微小顆粒又往（wǎng）往會引起二次放電的產（chǎn）生（shēng），使加工過程不穩定，甚至產生短路現象，導致加（jiā）工難以進（jìn）行（háng）。
另一方（fāng）麵，由於小直徑的工具電極在加工過程（chéng）中易產生晃動或振動，更有助於發（fā）生二次放電現象。正是由（yóu）於電火花小孔（kǒng）加工存在這種二次放電造成重熔層厚度增加（jiā）所帶來的弊處（chù），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（guò）工藝試驗和驗證，我們對電火（huǒ）花小孔（kǒng）加工工藝參數進行合理的優化（huà），可以達到減小重熔層、提高氣膜孔加（jiā）工質量的目的。
高渦葉片氣膜孔加工工藝分析（xī）
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（fèn）惡劣。在發動機循環（huán）中（zhōng），高壓渦輪葉片（piàn）承受著燃燒後產生的高溫高壓燃氣的（de）衝擊，有效的冷卻措施既可（kě）以保證發動機安全可靠的工作，延長發動機的（de）使用壽命，也可以（yǐ）降低高溫材料的成本。發動機的（de）性能在很大程度上取決於渦輪進口（kǒu）溫度的高低，它受到渦輪葉片材料和結構的限製。因此對渦輪（lún）葉片（piàn）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（gōng）作。
氣膜冷卻技術是具有代表性的重要結構改進之（zhī）一，大大提高了發（fā）動機（jī）的性能：氣膜冷卻就是在（zài）渦輪葉片（piàn）葉身上沿葉高方向分布了（le）n排冷卻氣膜孔，從氣膜孔噴出的冷卻氣（qì）流在葉身表（biǎo）麵形成（chéng）氣膜，阻隔（gé）高溫的（de）燃氣，從而提（tí）高葉片材料的（de）耐高（gāo）溫性能。冷卻氣膜孔的加工（gōng）質量直接影響了（le）高壓渦輪葉片的冷卻效果（guǒ），並影響到葉片的T作壽命。
氣膜冷卻（què）孔的加（jiā）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，但是由於激光的燒熔作用，孔內（nèi）粗糙度不均（jun1）勻（yún），形成較（jiào）厚的重熔層，實際測（cè）量的孔直徑要小於孔的實際通流直徑（jìng）；後者加工（gōng）精度高（gāo），孔內粗糙度均勻，且重熔層較薄，可（kě）以加工成（chéng）形孔，但（dàn）是加（jiā）工時間較長，成本較高。
為了得到較好的氣膜孔加工質量，目前在航空製造業中高渦葉片氣膜孔大都采用（yòng）電火花方式進行（háng）加工。在氣膜孔的電火花加（jiā）工（gōng）過程中存在以下幾個向題：①工作（zuò）液壓力降低、基（jī）體雜質、內腔表麵型芯殘（cán）留附著物（wù）等會導致加工時間延長，造成重熔層增厚超標，甚至出現（xiàn）微裂紋。②在（zài）氣膜孔補加（jiā）工時，電極與原孔完全（quán）重合困難，容易產生二次放（fàng）電，對零（líng）件表麵狀（zhuàng）態會造（zào）成影響。③目前國內沒有氣膜孔（kǒng）內腔斜孔（kǒng）銳角尖邊倒（dǎo）圓的成熟加工技術。由此可見（jiàn），重熔（róng）層的厚度是（shì）影響氣膜孔質量的關鍵要素，通過工藝參（cān）數（shù）的優化可實現重熔層（céng）厚度最小化，以改善氣膜孔的加（jiā）工質量。
重熔層厚度是參數設（shè）計中（zhōng）用（yòng）來度（dù）量氣膜孔加工質量的指際，是（shì）參數設計的核心因素，其（qí）基本思想是通過（guò）選擇係統中所有參數的最佳水平組合，使氣膜孔的加工質量最好（hǎo），重熔層厚（hòu）度值越小，氣膜孔的加工質量就越好。重熔層的分析過程實（shí）際上是一個擇優的問題，它通（tōng）過使用正交表，以重熔層厚度T作為氣膜孔加工質量的評（píng）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（zhí）的極差越大，影響因素水平就越高。
在機械（xiè）製造業中，鈦合金材料具（jù）有其他金屬材料無法擁有的特點：比（bǐ）強度高，熱強性高，抗蝕性好；合金（jīn）密度僅為鋼的58%，因此（cǐ），利用鈦合金材料做成的薄（báo）壁殼體結構件，將成為國防產（chǎn）品通用工件（jiàn）。由於工件壁薄，加工容易變形，徑向夾緊力（lì）使工件（jiàn）產生彈性變形（xíng），刀具磨損（sǔn）快使加工尺寸不穩定，不易保證加工質量，使工件廢品（pǐn）率及加工成本居高不（bú）下，工件加工變形一直困擾技術人員及加工操（cāo）作者。
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