鄒 蕓，劉繼偉

（四川宜賓普什模具有限公司，四川 宜賓 644007）

現(xiàn)如今，葉輪逐漸應(yīng)用于能源行業(yè)、海洋等機(jī)械行業(yè)，醫(yī)療臨床行業(yè)之中，發(fā)揮著重要的保護(hù)效用。動(dòng)平衡測驗(yàn)有效地提升了復(fù)雜曲面整體葉輪的加工精準(zhǔn)程度，這有助于制造設(shè)施的總體加工效率，同時(shí)還有效地提升了產(chǎn)品安全、速率測試和裝配速率等方面的品質(zhì)，而且還能夠提升加工質(zhì)量，降低零部件的使用規(guī)模，減少空氣質(zhì)量方面的損耗等等[1]，確保了較高層次的氣動(dòng)功效。在材料技術(shù)、集成制造技術(shù)以及新型制造技術(shù)的日漸發(fā)展之下，葉輪葉片曲面的整體設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的葉寬、葉長逐漸拓寬，其葉片的屬性也獲得了相應(yīng)地增強(qiáng)。

1 葉輪精度的非均勻余量工藝研究背景

整體葉輪屬于動(dòng)力促進(jìn)機(jī)制和環(huán)控機(jī)制內(nèi)的主要核心零構(gòu)件，對裝備性能的發(fā)揮起到了至關(guān)重要的效用?，F(xiàn)如今，隨著我國結(jié)構(gòu)研究、材料科技以及計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)等新型科技手段的迅猛推進(jìn)，整體葉輪系零構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得愈來愈繁瑣，其葉片、流道、葉片前緣都屬于大曲率繁雜曲面架構(gòu)，流道較深同時(shí)還比較地細(xì)長，精度要求也獲得了不斷地上升，對于具備諸多繁瑣曲面的整體葉輪系零件，整個(gè)工藝期間材料去除率高85%至90%，部分葉輪有時(shí)候還要超過95%，總體剛度相對較低，工藝性能不佳，屬于一種典型的弱剛性零部件。在整個(gè)切削加工期間，由于遭到夾持力、切削震動(dòng)、金屬纖維組織變形以及應(yīng)力多方面的影響，非常容易導(dǎo)致零件異形、切削振動(dòng)等負(fù)面問題，切削相當(dāng)?shù)夭环€(wěn)定，而技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也變得越來越嚴(yán)格，再加上切削環(huán)境較為惡劣，所以導(dǎo)致整體葉輪系零件工藝期間的變形控制技術(shù)受到了諸多的挑戰(zhàn)。現(xiàn)如今，整體葉輪的制造方法一般是依靠五坐標(biāo)加工環(huán)節(jié)，在加工期間，超薄葉片的變形現(xiàn)象成為一個(gè)難以處理的問題之一，尤其是葉片厚度差異程度相對較大，具備較薄前、尾緣等特殊架構(gòu)的整體葉輪，在刀具切削期間，因?yàn)樗鼈兊膭傂暂^差所以造成葉片前、尾緣出現(xiàn)避免嚴(yán)重的變形問題，有時(shí)候還會導(dǎo)致葉片崩刃、彎曲，導(dǎo)致零部件被不必要的耗損。就當(dāng)前而言，根據(jù)薄壁件加工變形偏差方面的研究資料表明，有研究學(xué)者指出一種基于數(shù)控流程產(chǎn)出的刀具軌跡對扭曲曲面薄壁零件制造開展有限元模擬的手段，將相對偏差調(diào)控在兩成以內(nèi)。除此之外，已有研究學(xué)者針對薄壁件在制造期間出現(xiàn)的彈性形變現(xiàn)象，構(gòu)建了制造期間變形量以及各因素之間的預(yù)估模型。有學(xué)者探討了切削參數(shù)、刀具傾角以及薄壁葉片汽道內(nèi)弧各個(gè)點(diǎn)對葉片變形的影響規(guī)律，建立了薄壁葉片加工過程中變形量與各因素之間的預(yù)測模型。不僅如此，也已經(jīng)有研究人員開展了機(jī)械加工流程的物理建模探索，利用有限元軟件對葉片的變形態(tài)勢予以解析，從而獲取超薄葉片的變形規(guī)律，進(jìn)而探討出葉片橫向非均勻余量的技術(shù)優(yōu)化策略，較小葉片剛性較差的前端和尾端的切削異形，從而逐步提升整體葉輪的制造精準(zhǔn)程度。選取生產(chǎn)過程中的某型航空環(huán)控機(jī)制內(nèi)置繁雜曲面超薄葉片整體葉輪零件開展相關(guān)的測驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步地還原了它們的設(shè)計(jì)理念，契合技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 弱剛度零件銑削剛度情形分析

就當(dāng)前來說，我國已經(jīng)研究人員從理論及數(shù)據(jù)兩個(gè)層面對弱剛度零件銑削剛度予以情形解析。針對褐斑大變形，相關(guān)的工作人員需要合理地控制葉片的粗加工余量工藝剛度，從而合理調(diào)控變形情況，改善壁薄葉片，從本質(zhì)上減少加工偏差，緩解變形難題?，F(xiàn)如今，葉輪生產(chǎn)單位通常通過選取刀具來優(yōu)化葉輪的制造期間出現(xiàn)的剛性問題，不過在探究制造葉輪自身剛性的優(yōu)化環(huán)節(jié)中，提升制造精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本文筆者將著力解析變形力薄葉片架構(gòu)設(shè)計(jì)荷載的運(yùn)用情況，僅觀察在剛性架構(gòu)的葉片以及非均勻殘余橫斷面方向，由此來提升弱薄葉片高度方向的抗彎程度，優(yōu)化相關(guān)的工藝參數(shù)，如此一來，還能夠逐步地緩解葉片加工產(chǎn)出的振動(dòng)情況，進(jìn)而提升整體葉輪的精度。在航空環(huán)控制機(jī)制應(yīng)用的過程中，構(gòu)建了復(fù)雜曲面以及超薄葉片集成葉輪部件的測驗(yàn)核查機(jī)制。

3 葉片變形情況分析

依據(jù)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)指出，相關(guān)的工作人員能夠?qū)⒃谌~片的高度方向上，相同尺寸的超薄刀片架構(gòu)荷載劃分成為多個(gè)人部分，加厚板在薄的橫向架構(gòu)，薄壁架構(gòu)比大排量小74%，最大應(yīng)力大概減少55%。薄壁構(gòu)件漸進(jìn)非均勻加厚的特殊結(jié)構(gòu)在彎曲期間發(fā)揮著至關(guān)重要的效用，在編程傳統(tǒng)葉輪五軸期間，一般是根據(jù)轉(zhuǎn)輪葉片或粗、精加工余量均勻預(yù)留當(dāng)前軟件市場上的葉輪零件刀具路徑規(guī)劃，不過在現(xiàn)實(shí)制作葉輪葉片薄期間，經(jīng)常會考慮它們高的葉片厚度、葉片厚度以及厚度平均高程較大，受到切削力方面的影響，通過刀片及金屬纖維斷裂變形導(dǎo)致的震動(dòng)，最終極易使得葉片品質(zhì)無法達(dá)標(biāo)。

4 提高葉輪精度的非均勻余量銑削工藝優(yōu)化策略分析

4.1 一種非均勻余量銑削工藝設(shè)計(jì)分析

通常來說，軸流式復(fù)雜曲面整體葉輪的葉片截面表現(xiàn)為梭型形狀，前端以及尾端較葉片中部來說，它們的尺寸相對較薄，所以在切削加工期間，它們的震動(dòng)情況較為強(qiáng)烈，此時(shí)剛性相對不強(qiáng)，變形量較葉片中端來說很大。通過分析數(shù)據(jù)不難看出，一個(gè)葉片除了它們的前端、尾端的變形量最大之外，葉片總體貼近前端、尾端5%至25%的位置，其同時(shí)是葉片變形量比較明顯的一部分，而葉片中端的25%至75%剛度較佳，變形量的浮動(dòng)情況也較為穩(wěn)定。除此之外，相關(guān)的工作人員還需要制定非均勻余量預(yù)案，為了進(jìn)一步縮減它們在加工期間的變形量，相關(guān)的工作人員需要對葉片予以區(qū)域性地加工處理。也就是說，首先要加工葉片剛性不強(qiáng)的前端以及尾端部分，讓它們在葉片總體剛性較強(qiáng)的情況下，最先被加工到技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的尺寸，然后再對剛性較佳的葉片中部予以切削加工，最終通過徑向零吃刀量的形式空銑一刀，固定加工的實(shí)際尺寸。在傳統(tǒng)操作上，整體葉輪制造工藝路線被劃分成為多種方式，分別是葉輪的流道粗加工處置，葉片精加工處置以及流道精加工處置，在采取非均勻余量的預(yù)案之后，工藝流程逐漸轉(zhuǎn)變成為新的流道粗加工形式。

4.2 NX 的非均勻余量刀具軌跡規(guī)劃分析

相關(guān)的工作人員在采取NX_CAM 模塊內(nèi)的相關(guān)手段開展非均勻余量的五坐標(biāo)刀具軌跡規(guī)劃工作。選用剛性性能強(qiáng)的銑刀，采取大切深大進(jìn)給量開展關(guān)于葉輪流道的移除工作，調(diào)試較為妥善的側(cè)傾安全角等指標(biāo)，由此合理地把控刀具切削葉片過程中的傾斜角度，逐次上升的驅(qū)動(dòng)形式能夠幫助刀具在每刀切削銜接的過程中，提升圓滑刀軌的運(yùn)作效率。在完成流道諸多物料清理工作之后，需要在葉片周邊位置預(yù)留部分余量，這樣有助于開展葉片前、尾端的精加工處理工作。在制定葉片前、尾端的精加工流程的過程中，相關(guān)的工作人員要提升葉片曲面的銑削加工精準(zhǔn)程度，從而提升加工的品質(zhì)。除此之外，諸如切削系數(shù)如空間擺角系數(shù)、最大步長系數(shù)等，在確保切削效率的同時(shí)，需要盡可能地選取比較小的取值，如此一來，就能夠讓變化顯著地拐角位置增添諸多過度的刀位，緩解刀具擺角浮動(dòng)的劇烈情況，而且還能夠緩解拐角處刀具矢量變化的劇烈情況，讓刀具軌跡變得更加地緩慢，從而有助于機(jī)床順利地運(yùn)作，能夠逐步地優(yōu)化加工品質(zhì)[2]。

圖1 葉片精加工刀具軌跡規(guī)劃示意圖

5 案例分析

以某航空環(huán)控系統(tǒng)為例，其表層整體葉輪的直徑大致為241mm，葉片高度大致為46.2mm，刀片的厚度浮動(dòng)在0.22mm 至2.35mm 之間。在本次案例中，相關(guān)的工作人員采用了上述工藝，依據(jù)加工余量以及刀具，對葉輪的加工參照系數(shù)予以了相應(yīng)地優(yōu)化，基于nx_cam 板塊、刀具路徑規(guī)劃、粗糙/精準(zhǔn)的刀片逐步規(guī)劃刀具的路徑加工，然后再根據(jù)五軸加工中心的切削測驗(yàn)，通過程序代碼、屏幕快照及相關(guān)環(huán)節(jié)地處置，經(jīng)過一系列三維掃描之后，葉輪模型重構(gòu)以及NX 刀具路徑規(guī)劃模型都統(tǒng)一得到了表層輪廓的相關(guān)檢測信息，較之于之前，誤差縮減[3]。

6 結(jié)語

綜上所述，相關(guān)的工作人員應(yīng)用葉片高度的非均勻布置以及葉片橫截面上的非均勻余量，逐漸改善了葉輪整個(gè)的五軸加工設(shè)計(jì)工作，以超薄葉片葉輪作為典型例子，進(jìn)一步研究粗/精加工路徑的規(guī)劃思路，產(chǎn)出及加工數(shù)控流程。在改善之前，相關(guān)的工作人員還需要對零部件予以優(yōu)化，從而將偏差控制在可控的范圍之內(nèi)，該工藝優(yōu)化策略可以逐步地提升葉片的實(shí)際剛度，緩解葉片變形的嚴(yán)峻情況，從而使得各參數(shù)契合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，該工藝的優(yōu)化方法對于零件的加工環(huán)節(jié)來說，具備很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)價(jià)值。