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整體葉輪是渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件。它在能源動(dòng)力、航空航天、石油化工、冶金等行業(yè)中均有廣泛的應(yīng)用，是具有代表性的，且造型比較規(guī)范的、典型的通道類復(fù)雜零件。其型面的加工手段、加工精度和加工表面質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣動(dòng)力性能和機(jī)械效率，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有決定性的影響。整體葉輪因其曲面的復(fù)雜性和加工精度高，使其成為典型的難加工零件。隨著市場(chǎng)對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的需求越來(lái)越大，實(shí)現(xiàn)整體葉輪的高效加工也愈發(fā)必要。目前整體葉輪常見(jiàn)的材料有鋁合金、鈦合金、不銹鋼等。葉輪加工的復(fù)雜性主要在于葉片的曲面造型很復(fù)雜，五軸數(shù)控銑削加工柔性好,加工效率高,適用廣泛,是整體葉輪加工常用的方法之一。根據(jù)葉輪的曲面形狀的不同，在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)通常采用兩類方法,分別為點(diǎn)銑法和側(cè)銑法。由于整體葉輪的形狀比較復(fù)雜，葉片的扭曲大，加工極易發(fā)生干涉，因此其加工的難點(diǎn)在流道、葉片的粗、精加工。在整體葉輪的數(shù)控加工過(guò)程中，為了盡量減少由于刀具引起的過(guò)切和干涉，且在加工較窄流道時(shí)刀具仍能有較好的剛性。

為了使葉輪滿足氣動(dòng)性的要求，葉片常采用大扭角、根部變圓角的結(jié)構(gòu)，這給葉輪的加工提出了更高的要求。整體葉輪加工技術(shù)要求包括尺寸、形狀、位置和表面粗糙度等幾何方面的要求，也包括機(jī)械、物理和化學(xué)性能的要求。葉輪葉片必須具有良好的表面質(zhì)量，精度一般集中在葉片表面輪轂的表面和葉根表面,表面粗糙度值應(yīng)小于Ra0.8μm。為了滿足上述要求，整體葉輪在加工過(guò)程中常會(huì)遇到以下幾種問(wèn)題：①整體葉輪流道較窄，葉片相對(duì)較長(zhǎng)，剛度較低，屬于薄壁類零件，加工過(guò)程極易變形。在加工過(guò)程中，由于自身結(jié)構(gòu)和外部切削力的作用，流道的入口和葉片上端會(huì)產(chǎn)生震紋。為了保證整體葉輪的表面質(zhì)量，需要刀具有足夠剛性、合適的鋒利程度還能有足夠的排屑空間。②流道最窄處葉片深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)刀具直徑，相鄰葉片空間極小，在清角加工時(shí)刀具直徑較小，刀具容易折斷。③整體葉輪曲面為自由曲面，流道窄，葉片扭曲比較嚴(yán)重，并且有明顯的后仰趨勢(shì),加工時(shí)極易產(chǎn)生干涉，加工難度較大。有些葉輪由于有副葉片，為了避兔干涉，要分段加工曲面，因此，保證加工表面的一致性也有困難。④考慮到整體葉輪在實(shí)際工作中高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速達(dá)10000-50000轉(zhuǎn)，要防止震動(dòng)并降低噪聲，既要節(jié)約加工節(jié)拍，又要保證切削的平穩(wěn)性和對(duì)稱性。

要求

葉輪加工對(duì)加工工具的要求主要在：

1.避干涉性能好

2.剛性好，不振刀，不掉刀 

問(wèn)題

在五軸加工中心上對(duì)葉輪進(jìn)行銑削加工時(shí)，主要需要改善以下幾個(gè)問(wèn)題：

1.切削效率低，無(wú)法提高切削效率；

2.振刀，在加工過(guò)程中，由于動(dòng)態(tài)切削受力不均，極易產(chǎn)生振刀現(xiàn)象；

3.掉刀，在加工過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)刀具被不知不覺(jué)拔出的現(xiàn)象，從而會(huì)造成過(guò)度銑削，導(dǎo)致零件報(bào)廢。

目前在整體葉輪加工領(lǐng)域，熱裝刀柄以其顯著的避干涉優(yōu)勢(shì)獲得使用者青睞。然而因?yàn)闊嵫b刀柄自身結(jié)構(gòu)過(guò)剛，無(wú)法減少或消除加工中產(chǎn)生的振動(dòng)；且隨著使用時(shí)間增加，刀柄本身夾持力會(huì)逐漸減小，因而產(chǎn)生掉刀現(xiàn)象使得零件質(zhì)量無(wú)法合格。正是由于夾持的不穩(wěn)定性，切削參數(shù)很難提高，切削效率受到桎梏。

思路

APC刀柄因其蝸桿驅(qū)動(dòng)式機(jī)械結(jié)構(gòu)而具有超強(qiáng)的夾持力以及優(yōu)越的抗振性能。同時(shí)它的避干涉性能不輸于熱裝刀柄。通過(guò)使用APC刀柄解決掉刀隱患，改善加工質(zhì)量，同時(shí)提高加工效率，縮短加工時(shí)間，提高產(chǎn)能，是整體葉輪加工領(lǐng)域工藝優(yōu)化的新思路。

夾持直徑范圍：

夾持直徑范圍：2-14mm或2-20mm

總長(zhǎng)度 120 mm 

(以HSK63 + BT40為例,A為主軸端至刀柄前端)

可配置帶銷夾緊套，

絕對(duì)安全可靠4.5°極小錐度

精度高、阻尼性能好

理想的力矩傳遞

刀具內(nèi)部冷卻液壓力高

100bar時(shí)依然100%無(wú)冷卻液泄漏

可通過(guò)增加外部冷卻設(shè)備以達(dá)到?jīng)_洗效果

實(shí)驗(yàn)對(duì)比

機(jī)      床：某國(guó)產(chǎn)五軸加工中心

刀      具：16mm硬質(zhì)合金銑刀

冷卻方式：外部冷卻

工件材料：鈦合金F300

熱裝刀柄 VS 蝸桿驅(qū)動(dòng)式APC刀柄

用熱縮刀柄夾持直徑為16mm的硬質(zhì)合金銑刀，在五軸加工中心上做動(dòng)態(tài)銑削，冷卻方式為外冷。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品九個(gè)葉片，每個(gè)葉片加工耗時(shí)約85分鐘，九個(gè)葉片約加工765分鐘，每加工三個(gè)葉片換一把銑刀。在設(shè)備及刀路狀況完全不變的狀況下，用APC刀柄去代替原本使用的熱裝刀柄，并且提高切削參數(shù)，以達(dá)到提高效率的目的。

使  用  效  果：

1. 使用APC刀柄以后，加工效率提高近38%，刀具損耗并無(wú)明顯變化。

2. 使用APC刀柄以后，無(wú)掉刀現(xiàn)象發(fā)生。

3. 使用APC刀柄以后，在提高加工參數(shù)的狀況下，振動(dòng)也得到明顯減弱。