高渦葉片氣膜孔加工工藝分析
2013-5-7 來源： 作者：
高壓渦輪葉片是航空發(fā)動機透平機中的關鍵部件，它工作環(huán)境十分惡劣。在發(fā)動機循環(huán)中，高壓渦輪葉片承受著燃燒后產生的高溫高壓燃氣的沖擊，有效的冷卻措施既可以保證發(fā)動機安全可靠的工作，延長發(fā)動機的使用壽命，也可以降低高溫材料的成木。發(fā)動機的性能在很大程度上取決于渦輪進口溫度的高低，它受到渦輪葉片材料和結構的限制。因此對渦輪葉片進行連續(xù)不斷的冷卻，使之可以在允許的工作環(huán)境溫度中超過材料的熔點仍能安全可靠地工作。
氣膜冷卻技術是具有代表性的重要結構改進之一，大大提高了發(fā)動機的性能：氣膜冷卻就是在渦輪葉片葉身上沿葉高方向分布了n排冷卻氣膜孔，從氣膜孔噴出的冷卻氣流在葉身表面形成氣膜，阻隔高溫的燃氣，從而提高葉片材料的耐高溫性能。冷卻氣膜孔的加工質量直接影響了高壓渦輪葉片的冷卻效果，并影響到葉片的工作壽命。
氣膜冷卻孔的加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，但是由于激光的燒熔作用，孔內粗糙度不均勻，形成較厚的重熔層，實際測量的孔直徑要小于孔的實際通流直徑；后者加工精度高，孔內粗糙度均勻，且重熔層較薄，可以加工成形孔，但是加工時間較長，成本較高。
為了得到較好的氣膜孔加工質量，目前在航空制造業(yè)中高渦葉片氣膜孔大都采用電火花方式進行加工。在氣膜孔的電火花加工過程中存在以下幾個向題：①工作液壓力降低、基體雜質、內腔表面型芯殘留附著物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在氣膜孔補加工時，電極與原孔完全重合困難，容易產生二次放電，對零件表面狀態(tài)會造成影響。③目前國內沒有氣膜孔內腔斜孔銳角尖邊倒圓的成熟加工技術。由此可見，重熔層的厚度是影響氣膜孔質量的關鍵要素，通過工藝參數(shù)的優(yōu)化可實現(xiàn)重熔層厚度最小化，以改善氣膜孔的加工質量。
重熔層厚度是參數(shù)設計中用來度量氣膜孔加工質量的指際，是參數(shù)設計的核心因素，其基本思想是通過選擇系統(tǒng)中所有參數(shù)的最佳水平組合，使氣膜孔的加工質量最好，重熔層厚度值越小，氣膜孔的加工質量就越好。重熔層的分析過程實際上是一個擇優(yōu)的問題，它通過使用正交表，以重熔層厚度T作為氣膜孔加工質量的評價指標，運用統(tǒng)計技術進行分析，確定最佳水平組合。重熔層厚度值的極差越大，影響因素水平就越高。
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