渦輪葉片加工工藝研究報告
強度和剛度：加工余量的選擇會影響葉片的內(nèi)部應力分布。如果余量不合理，可能導致加工后的葉片內(nèi)部存在殘余應力，影響葉片的強度和剛度。例如，余量過大時，切削去除的材料較多，可能會引起葉片局部過熱，產(chǎn)生熱應力，降低葉片的強度。而余量過小，可能無法消除鍛造過程中產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷，同樣會影響葉片的強度和剛度。
疲勞性能：渦輪葉片在工作過程中承受循環(huán)載荷，疲勞性能是其重要的性能指標之一。加工余量的選擇不當可能會導致葉片表面存在微觀缺陷或應力集中，降低葉片的疲勞壽命。例如，余量過大可能使葉片表面粗糙度增加，容易產(chǎn)生疲勞裂紋的萌生點；余量過小則可能無法去除潛在的疲勞源，如微小的鑄造缺陷等。
高溫合金材料的難加工性：渦輪葉片通常采用高溫合金材料，這種材料具有硬度高、強度大、導熱性差等特點，加工難度較大。加工余量的選擇需要考慮材料的加工性能，余量過大可能會增加刀具的磨損和加工成本，同時也會延長加工時間，降低生產(chǎn)效率。而余量過小，可能會因為材料的難加工性而無法保證加工質(zhì)量。
材料的回彈變形：葉片片身比較薄，且為高溫合金材料，精密鍛造開模后會出現(xiàn)不規(guī)律應力回彈變形。加工余量的選擇需要考慮這種回彈變形的影響。如果余量過小，可能無法彌補回彈變形量，導致葉片加工后的尺寸不符合要求。而余量過大，又會增加加工成本和難度。
渦輪葉片是增壓器實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關鍵部件，其性能直接影響增壓器的效率、可靠性和使用壽命。葉片的形狀、材料和加工工藝決定了增壓器的性能指標，如膨脹比、輸出功率等。
精密鑄造成型
葉片葉身不用加工，僅需磨削加工榫齒，加工工藝相對簡單。
但鑄造成型的葉片性能較低，適用于膨脹比低的增壓器。
鍛造成型
能夠滿足高膨脹比增壓器的性能要求。
然而，加工方法中葉片需留 4mm 以上加工余量，采用五軸加工中心銑削葉身型面，加工效率低且成本高。
先銑削加工葉片進出氣邊的鍛造飛邊，然后通過緩進磨床加工葉片根部榫齒，最后以榫齒定位夾持，用線切割機床去除葉片端部工藝定位點。
挑戰(zhàn)
進出氣邊需要圓角過渡，對過渡形線精度要求嚴格，增加了加工難度。
葉片由曲面和斜面組成，重復定位精度有偏差。
葉片片身薄，存在應力回彈變形，可能導致欠切或過切。
高溫合金材料難加工，加工剛性不足。
進出氣邊曲面為空間曲面，需四軸聯(lián)動插補加工，對工裝要求高。
解決方案
采用四軸加工中心完成鍛造飛邊加工，降低成本。
設計定位準確、夾持可靠的旋轉(zhuǎn)工裝。
編制合理的四軸葉片進出氣邊曲面加工程序。
葉片曲面位置精密鍛造成型，留有 4mm 飛邊和工藝定位點，為后續(xù)加工提供基礎。
對 DMG MORI 的 DMC63V 立式加工中心進行改造，加裝第四軸成為四軸加工中心，采用 FANUC 0i MD 數(shù)控系統(tǒng)，提高加工的靈活性和精度。
考慮到葉片進出氣邊的圓形曲面加工和工裝干涉問題，采用 8mm 球頭銑刀，經(jīng)對比選用藍幟 LC630T 45A 球頭銑刀進行粗、精加工。
使用 UG 軟件進行三維建模、裝配驗證、二維圖樣生成、程序編制及刀具路線模擬驗證等工作，為加工提供全面的技術支持。
重復定位精度偏差問題
由于葉片所有位置由鍛造完成，全部由曲面和斜面組成，使得重復定位精度難以保證。工藝定位點的局限性
葉片兩端的工藝定位點過小，只能用于輔助定位校準，不能作為主定位裝夾使用。應力回彈變形影響
葉片片身薄且為高溫合金材料，精密鍛造開模后會出現(xiàn)不規(guī)律應力回彈變形，導致加工編程難度增加。加工剛性不足
葉片片身薄和材料特性使得加工剛性不足，影響加工質(zhì)量和效率。空間曲面加工要求
進出氣邊曲面為空間曲面，需要四軸聯(lián)動插補加工，同時要求工裝旋轉(zhuǎn)軸線與葉片模型中心軸線完全重合。加工刀具無干涉要求
四軸加工中心加工需保證加工剛性的同時，確保加工刀具無干涉。工裝的校正基準需求
工裝需要具有旋轉(zhuǎn)軸心和角度位置校正基準，以保證加工精度。懸伸過長問題
旋轉(zhuǎn)式工裝存在懸伸過長的問題，需保證工裝的剛性和與機床旋轉(zhuǎn)軸的連接剛性。
圓形主體設計
工裝采用圓形主體，可旋轉(zhuǎn)加工并具備旋轉(zhuǎn)軸心和角度位置校正基準。與機床旋轉(zhuǎn)軸連接，采用一夾一頂?shù)姆绞?，保證換模簡單高效和加工剛性。與機床連接方式
在工裝下模板加工環(huán)形槽，與機床旋轉(zhuǎn)軸的卡盤連接，確保工裝與機床連接的剛性。主定位夾持部位選擇
經(jīng)過多次三維掃描對比和測量分析，確定葉片大端榫槽兩側(cè)錐面為毛坯誤差最小位置，作為工裝主定位夾持部位。加工相符合的凹槽作為主定位基準，兩端錐面保證葉片徑向定位，加兩個定位凸臺保證葉片軸向定位。夾緊方式設計
工裝設計連接上模，在上模板上攻螺紋。根據(jù)葉片曲面角度，采用螺栓壓緊方式夾緊工件，并去除工裝加工干涉位置。輔助支撐曲面設計
針對葉片片身薄和應力回彈變形問題，在葉片曲面位置按葉片設計模型加工出輔助支撐曲面。形狀按葉片葉背三維模型加工，保證與葉片葉背曲面完全貼合，通過多點位螺栓壓緊校正葉片變形，提高加工剛性和穩(wěn)定夾持。
啟動 UG 軟件，打開葉片毛坯模型，進入加工模塊。將坐標系設置到工件榫齒下面中心位置，回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)中心，并將 X 軸零點位置偏移到工裝后端面，方便加工中坐標系建立。
采用多軸加工模塊中的曲面區(qū)域驅(qū)動加工方式編制程序。由于只加工葉片進出氣邊曲面，需創(chuàng)建兩個曲面片體作為驅(qū)動加工的輔助編程曲面，保證與葉片模型進出氣邊曲率等參數(shù)相同且大于需加工區(qū)域。
加工部件體選擇葉片模型，驅(qū)動曲面選擇輔助編程曲面，投影矢量選擇垂直于驅(qū)動體。為提高刀具使用壽命，刀軸選擇相對于驅(qū)動體，調(diào)整側(cè)傾角度和旋轉(zhuǎn)角度，避開刀具中心切削。側(cè)傾角度設置為 20°，旋轉(zhuǎn)角度 -10°，前傾角度 0°（四軸加工不能有前傾角度），旋轉(zhuǎn)軸選擇 X 軸。
生成刀具軌跡后，進行刀具軌跡模擬。采用刀軌播放確定刀軌各位置狀態(tài)，用 3D 模擬加工后部件狀態(tài)，通過過切檢測功能確認程序刀軌過切狀態(tài)。
通過設計四軸加工中心旋轉(zhuǎn)工裝和編制葉片加工程序，解決了葉片加工中的問題。試制葉片經(jīng)掃描確認，各項技術參數(shù)符合要求，一致性良好，現(xiàn)已批量生產(chǎn)使用。葉片加工成本比五軸加工降低了 78% 以上，效率提高約 2.5 倍，保證了生產(chǎn)周期，降低了產(chǎn)品加工成本。
本研究針對渦輪葉片加工工藝，特別是鍛造成型葉片的新加工工序進行了深入分析和實踐。通過采用四軸加工中心、設計合理的工裝和編制精確的加工程序，成功解決了加工難度和成本高的問題。同時，采用株洲湘冶切削工具有限公司生產(chǎn)的 RPMT1204MO-CG-CG9555 銑刀片和 R6 銑刀片，進一步提高了加工效率和質(zhì)量。這一研究成果為渦輪葉片的加工提供了新的思路和方法，對推動柴油機渦輪增壓技術的發(fā)展具有重要意義。