[发明专利]小直径闭式三元叶轮单个直纹曲面叶片的铣制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及离心压缩机三元叶轮的加工技术领域，具体涉及一种小直径闭式三元叶轮单个直纹曲面叶片的铣制方法及实施该方法的加工装置。

背景技术

自70年代透平机械中采用三元设计理论以来，离心压缩机以其大流量、高效率的优势，广受航空、机械、化工、冶金、环保等行业的青睐。三元叶轮是离心压缩机的关键零部件之一，而叶片是三元叶轮的核心，叶片的加工精度直接影响到整个机组的效率。

三元叶轮一般都工作在高温、高压、高转速情况下，选用材料大多为不锈钢、高温镍基合金等材料。目前，三元叶轮的常规加工方法有三种：(1)轮盖、叶片、轮毂三件焊法。这种方法是目前使用最广泛的方法，优点是操作简单、去料少、加工费用少，缺点是由于叶片通常利用胎具热轧成型，回弹量较难控制，对于叶片厚度大于5mm，直径大于600mm的大直径叶轮，热轧叶片回弹量对产品质量影响较小，但是对小直径叶轮薄小叶片精度影响较大；(2)在轮盖上铣制叶片，再焊接轮毂的二件焊法。这种加工方法叶片精度高，但是操作复杂，需要五轴数控加工中心来完成，而且大部分的闭式三元轮的叶片数目较多，在叶片进气口处叶间间隙小，很容易撞刀，加工费用高，一般用在直径大于600mm的叶轮上；(3)轮盖、叶片、轮毂整体铣制法。加工工序少，叶轮精度高，但是加工复杂，需要五轴数控加工中心来完成，加工费用很高，一般用在直径大于800mm的叶轮上。

对于小直径三元叶轮，叶片尺寸小，形状复杂，壁薄易于变形(最薄达2mm～3mm)，加工难点在于：

(a)如果采用方法(1)，叶片热轧成型时很容易过烧氧化和过压，相对回弹量大，对叶片精度影响较大；

(b)如果采用方法(2)，在加工叶尖时容易发生弹性变形，叶片越宽弹性变形越大，造成叶片厚薄不一，精度低；叶片数目多，进口叶间间隙小，刀具无法伸入进行加工；

(c)如果采用方法(3)，因叶片数目多，进口叶间间隙小，叶片进口和叶中位置在加工时造成死角，刀具无法伸入进行加工。

发明内容

为了解决上述小直径三元叶轮叶片加工难的问题，本发明的目的在于提供一种操作简单、无回弹量、加工叶片表面光滑的小直径闭式三元叶轮单个直纹曲面叶片的铣制方法，该方法只需用三轴数控铣床加工中心就能完成所需加工，加工精度高、成本低、时间快。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

小直径闭式三元叶轮单个直纹曲面叶片的铣制方法，包括如下步骤：

(a)三维建模：利用叶片实体模型数据生成直纹曲面叶片，以叶片直纹曲面为分型面进行上下胎三维实体建模，上胎模含有凸起的待加工直纹曲面叶片，下胎模含有与所述待加工直纹曲面叶片形状相适配的限位凹槽；

(b)制备胎体：确定工艺粗糙度，按照建模模型分别加工上胎体和下胎体，上胎体含有凸起的待加工直纹曲面叶片，下胎体含有与所述待加工直纹曲面叶片形状相适配的限位凹槽；

(c)铣制叶片：将制备好的上胎体反扣到下胎体上，使上胎体凸起的待加工直纹曲面叶片与下胎体的限位凹槽相卡合，将上胎体和下胎体固定后加工铣出叶片。

其中，所述小直径闭式三元叶轮的直径小于600mm；所述直纹曲面叶片为等厚叶片。

所述步骤(a)中，所述限位凹槽由曲面单侧拉伸切除生成，采用单侧拉伸保证所建三维曲面始终保持是模具分型面，而且型线都在分型面上，便于走刀；采用加厚切除以形成与所述待加工直纹曲面叶片形状相适配的等厚凹槽。

所述步骤(b)和步骤(c)中，加工走刀方向为直纹型线方向。

所述步骤(b)和步骤(c)中，加工走刀方式采用高转速、小切深、小进给的加工方式。

本发明还提供了实施上述小直径闭式三元叶轮单个直纹曲面叶片的铣制方法的装置，包括三轴数控铣床，所述三轴数控铣床具有工作台，所述工作台安装有用于吸持或释放所述下胎体的永磁吸力磁盘。

本发明小直径闭式三元叶轮单个直纹曲面叶片的铣制方法，具有至少以下有益效果：(1)与传统小直径叶轮叶片热轧加工方法相比，操作简单可靠，加工叶片无回弹量，叶片表面光滑，加工精度高，子午流道曲面精度可以提高到0.1mm以内；(2)借助胎体对叶片的X、Y向定位以及永磁吸力磁盘的Z向定位而切出单个叶片，采用三轴数控铣床即可完成所需加工，刀具成本明显减少，加工时间可缩短2倍以上。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例直纹曲面叶片的中截面示意图；