新型航空發動機設計中普遍采用整體(ti) 葉盤結構。美國的先進戰鬥機(ATF)計劃把整體(ti) 葉盤設計製造列為(wei) 核心技術，例如F414發動機采用了共5級的整體(ti) 葉盤。根據美國國防部的高性能渦輪發動機技術(IHPTET)的第3階段計劃，到2020年，戰鬥機上安裝的發動機渦輪都將采用整體(ti) 葉盤結構。

我國在新型發動機的設計中也采用了整體(ti) 葉盤結構。整體(ti) 葉盤的剛性好，平衡精度高。它提高了結構的氣動效率，省去了連接用的榫頭和榫槽，避免了榫槽損傷(shang) 等潛在的故障，從(cong) 而使整台發動機推重比得到顯著提高。

整體(ti) 葉盤的毛坯從(cong) 結構上分為(wei) 整體(ti) 式和焊接式2類：

（1）整體(ti) 式毛坯一般采用鍛壓技術，鍛造出一整塊毛坯；

（2）焊接式毛坯把采用不同性能材料的盤體(ti) 和葉片焊為(wei) 一個(ge) 整體(ti) ，或者把空心葉片焊在盤體(ti) 上，以實現更特殊的性能。

國內(nei) 外整體(ti) 葉盤製造采用的主要工藝有：精密鑄造、數控銑削、電解加工、電火花加工等。這些工藝各有其優(you) 缺點，而數控銑削加工靈活快速、可靠性高，因此發達國家多采用五坐標數控銑削加工整體(ti) 葉盤。整體(ti) 葉盤毛坯一般采用高強度難加工材料，不允許有裂紋和缺陷，葉片薄、扭曲度大、葉展長、受力易變形，而且由於(yu) 葉片間的通道深而窄、開敞性很差，材料切除率很高，嚴(yan) 重影響了數控銑削的可加工性。

數控銑削加工技術包括高精度五坐標機床技術、工藝技術、五軸聯動編程技術、刀具技術等，它代表了相關(guan) 技術領域的最新技術和最高水平，是新型高推重比發動機製造的關(guan) 鍵技術之一。

鈦合金整體(ti) 葉盤加工工藝分析

鈦合金整體(ti) 葉盤的盤體(ti) 和葉片材料通常采用(α+β)雙相熱強鈦合金，具有良好的高溫強度、耐腐蝕性、斷裂韌性、熱穩定性和蠕變性能，能夠滿足損傷(shang) 容限設計和高結構效益及低製造成本等要求。

某鈦合金整體(ti) 葉盤毛坯采用焊接結構，盤體(ti) 粗加工和葉片毛坯采用線性摩擦焊方式成為(wei) 一個(ge) 整體(ti) 葉盤毛坯。葉片為(wei) 變截麵扭曲結構，彎扭度大、葉展長、葉片外緣薄、進氣邊緣和排氣邊緣厚度更薄（不足0.5mm）。葉盤盤體(ti) 外型麵為(wei) 圓錐麵，葉片外輪廓也是一個(ge) 倒圓錐麵（如圖1所示）。

焊接整體(ti) 葉盤數控加工關(guan) 鍵就是葉片的數控銑削，必須突破下麵幾個(ge) 重大的技術難題：

(1)葉片之間的通道窄而深，扭曲角度很大，刀具的可達性受到限製，必須采用五坐標方式並嚴(yan) 格控製刀具的軸向軌跡；

(2)葉片為(wei) 變截麵扭曲結構，葉展長、葉片薄，造成葉片遠端剛性極差，葉片厚度公差不足±0.1mm，較小的刀具切削力就會(hui) 使葉片外緣產(chan) 生較大彈性變形，從(cong) 而使葉片厚度公差難以保證；

(3)鈦合金優(you) 異的彈性性能使得精加工振顫加劇，必須采取有效的減振措施，避免振動對葉型表麵完整性、粗糙度、厚度公差及焊縫造成不利影響；

(4)鈦合金屬難切削材料，切削加工本身就是個(ge) 難題，葉片根部與(yu) 盤體(ti) 轉接半徑僅(jin) 為(wei) R3（3mm），隻能采用小直徑刀具清根，讓刀現象嚴(yan) 重；

(5)盤體(ti) 的外形為(wei) 錐麵，葉片外廓也是一個(ge) 錐麵，加工困難；

(6)葉片的型麵不但扭曲角度大，進、排氣邊緣厚度為(wei) 0.3mm，而且排氣邊緣有形狀要求，刀具端刃切削時易崩刃；

(7)焊接後葉片是一塊長方塊形毛坯，餘(yu) 量分布極不均勻，此外還有摩擦焊擠出的飛邊，又高又細，銑削十分困難。

總之，該整體(ti) 葉盤五坐標數控銑削加工的關(guan) 鍵技術包括葉盤通道與(yu) 刀軸矢量的控製、刀具軌跡設計及光順處理、通道的高效粗加工技術、葉片型麵的精確加工技術、加工變形控製和葉片與(yu) 刀具減振技術等。數控加工工藝設計及數控編程必須考慮到以上問題，采取有效的工藝措施才能保證設計要求。

整體(ti) 葉盤數控加工工藝設計

1選擇合適的機床

對整體(ti) 葉盤進行數控銑削最理想的機床應該是帶轉台和主軸、能夠擺角的五坐標臥式加工中心，並且主軸的擺角範圍要足夠大，能夠實現立臥轉換。

由於(yu) 受設備、任務調度限製，該葉盤的加工采用了雙擺頭立式五坐標龍門銑，AB擺角範圍為(wei) A±30°、B±30°。該設備的缺點在於(yu) 沒有轉台，不能分度，AB擺角範圍有限。因此必須針對每個(ge) 葉片都有一套數控程序，程序量比帶轉台的機床多出了30多倍。

通過采取上述手段，此類機床能勝任該整體(ti) 葉盤的數控加工。另外由於(yu) 該葉盤上葉片的厚度為(wei) 50mm，葉展為(wei) 90mm，采取立式加工方式可使用更短的刀具，因此宜采用立式加工。

2 設計專(zhuan) 用工裝

整體(ti) 葉盤的工裝設計應能夠滿足角向定位和分度的要求，滿足翻麵定位夾緊的要求，並能夠滿足機床擺角後的行程。圖2為(wei) 粗加工時的狀態及工裝使用的情景。

3 數控銑削加工工藝過程

焊接後的整體(ti) 葉盤數控加工麵臨(lin) 的困難是切除摩擦焊產(chan) 生的焊接飛邊，由於(yu) 此飛邊又細又高又硬，銑削時很容易崩刃，摩擦焊擠出的飛邊容易從(cong) 根部折斷而將整體(ti) 葉盤上的材料帶走，銑削效率極低。因此采用線切割或其他方式比銑削方式可能更合適。

整體(ti) 葉盤外輪廓也是一個(ge) 倒圓錐麵，必須在葉片較厚剛性較好的情況下加工，所以外輪廓必須在粗加工前先加工，采用Z向分層方式加工。

整體(ti) 葉盤粗加工的目的就是要快速去除大餘(yu) 量。粗加工主軸擺角一方麵要能夠切到整個(ge) 葉片表麵，另一方麵也要考慮盤體(ti) 的錐度形成。采用直徑20～30mm左右的短刀具最為(wei) 適宜。厚度方向分層切削，粗加工留2mm餘(yu) 量，接著進行半精加工，留0.3mm餘(yu) 量，采用底角帶R的刀具，分層也可以再細些。

進、排氣邊緣厚度僅(jin) 為(wei) 0.3mm，必須在葉片有一定剛性但餘(yu) 量又不太大的情況下加工，所以應安排在精加工前進行。采用較小直徑刀具，刀具軌跡垂直於(yu) 葉片邊緣進行行切，行距1mm，加工出的邊緣曲線效果良好。

由於(yu) 葉片的扭曲造成葉片兩(liang) 麵分為(wei) 凹麵和凸麵，考慮到機床的擺角範圍，所以要安排雙麵加工。

4 選擇合適的刀具

粗加工刀具首先要控製刀長，采用較短的刀具和直徑較大的刀具，采用側(ce) 銑方式，切削效率和減振效果會(hui) 明顯提高。精加工葉片型麵應選用底角R較大的刀具或球頭刀具，配合較小的行距，切出的曲麵會(hui) 很光順。

由於(yu) 葉片根部為(wei) R3，用φ6的刀具剛性太差，無法加工，所以首先選用φ12R3刀具去除餘(yu) 量，然後用φ16×24°R3的專(zhuan) 用錐度刀清根。特製的錐度刀不但保證了刀杆的剛性，而且又能實現R3的清根，刀具單側(ce) 12°的錐度，外加盤體(ti) 17°的錐度，主軸需要擺角29°，剛好在其30°擺角範圍之內(nei) 可以銑到錐形盤體(ti) 。所以，應適當定做專(zhuan) 用刀具，可有效解決(jue) 加工過程中出現的一些問題。

5 采取有效的減振與(yu) 變形控製措施

精加工另一麵時，葉片的剛性已經較差，切削力作用在葉展的端頭，極易產(chan) 生彈性變形並同時伴隨著振顫，所以此麵的加工重點是控製變形與(yu) 振顫。葉片變形可直接導致厚度尺寸超差；而加工振顫可導致葉片表麵產(chan) 生振紋（見圖3），並且容易使刀具崩刃，嚴(yan) 重影響葉片表麵質量。#p#分頁標題#e#

采取在葉片通道間灌注建築用膠的方法，改變了零件的阻尼特性，確實有效降低了振顫，並且使刀具轉速達到了1000r/min，進給達到100mm/min。在此基礎上又改用其他稍硬的物質填充在葉盤通道裏（見圖4），既能明顯減少振顫，又能在葉片背麵形成有力的支撐，抵消切削力造成的葉片彈性變形，確保了葉片的厚度。

此外，順銑方式能明顯減少加工振顫。雙麵加工、減少刀具長度能有效減少刀具振顫。進、排氣邊緣很薄，安排在葉片有一定剛性的精加工前進行加工，能減少變形與(yu) 振顫。選擇合理的切削參數，調整轉速和進給速度，可有效控製振動。

整體(ti) 葉盤數控加工程序編製時首先要考慮的是控製刀軸方向，因為(wei) 通道太窄，葉片扭曲，盤體(ti) 是錐形等因素，導致刀軸控製稍有差錯就會(hui) 出現幹涉，此外退刀、空刀快速移動一定要控製幅度。粗加工可以采用定擺角等高線行切，或五坐標側(ce) 刃銑削，所有刀具軌跡應實現順銑。精加工刀位軌跡設計要流暢、光順，行距要小，才能保證行切出的曲麵光順。清根程序要留少許餘(yu) 量，避免刮傷(shang) 葉片型麵。

結束語

本課題分析了鈦合金焊接式整體(ti) 葉盤的結構特點和工藝難點，針對焊接式整體(ti) 葉盤的結構特點，摸索出了一整套工藝方案來解決(jue) 振動和變形，成功地應用於(yu) 某鈦合金焊接式整體(ti) 葉盤的加工，為(wei) 此類葉盤的加工工藝進行了探索