航空发动机制造技术-整体叶盘课件

航空发动机制造技术——整体叶盘

航空发动机制造技术——整体叶盘

1航空发动机制造技术_整体叶盘课件2

什么是整体叶盘？

什么是整体叶盘？3航空发动机制造技术_整体叶盘课件4航空发动机制造技术_整体叶盘课件5有什么优点？

1省去了传统连接的榫头和榫槽形式，简化了航空发动机结构，可使压气机重降30%，提高了发动机推重比。

2提高了结构的气动效率

3整体叶盘的刚性好，平衡精度高，延长转子使用寿命和提高可靠性。有什么优点？1省去了传统连接的榫头和榫槽形式，简化了航6应用F414-GE-400发动机，用于“超级大黄蜂”F/A-18E/F新型航空发动机设计中普遍采用整体叶盘结构。例如F414发动机(右图)采用了共5级的整体叶盘。根据美国国防部的高性能涡轮发动机技术的第3阶段计划，到2020年，战斗机上安装的发动机涡轮都将采用整体叶盘结构。

应用F414-GE-400发动机，用于“超级大黄蜂”F/A-7F119-PW-100用于F-22WS-500用于C602巡航导弹F119-PW-100用于F-22WS-508

怎么制造？怎么制造？91、电子束焊接法--即采用此法制造,即先将单个叶片用电子束焊接成叶片环，后用电子束焊接技术将轮盘腹板与叶片环焊接成整体叶盘结构。这种整体叶盘结构比传统的榫头连接的叶盘转子结构重量减轻30%，并可根除榫槽断裂危险。(应用型号——EJ200)1、电子束焊接法--即采用此法制造,即先将单个叶片用电子束102、线性摩擦焊接法--它是先将叶片夹紧在轮缘的叶根上,并使轮盘周向以高速振动,在叶片和轮盘叶根界面产生一个窄的摩擦加热区，当加热区的温度达到要求的温度时即停止振动,叶片与轮盘固定直至固结在一起。2、线性摩擦焊接法--它是先将叶片夹紧在轮缘的叶根上,并使11此法要比用实体毛坯加工法更经济。欧洲战斗机的EJ200发动机的3级低压压气机(右图)的整体叶盘是线性摩擦焊接技术成功应用的顶极标志。目前罗-罗公司和MTU公司已用LFW技术成功地制造了宽弦风扇整体叶盘，并将为JSF的发动机提供LFW整体叶盘。用LFW技术可从发动机上更换掉被鸟撞损坏的叶片，也可用LFW技术将叶片与用不同材料制造的轮盘焊接在一起，以获得最佳的减重效果。此法要比用实体毛坯加工法更经济。欧洲战斗机的EJ200发动123、五坐标计算机数控加工加工技术--采用经模锻的高温合金或钛合金实体整体叶盘毛坯经五坐标数控加工技术成形。此种方法要切掉大量金属材料，价格昂贵。3、五坐标计算机数控加工加工技术--采用经模锻的高温合金或钛13国内外整体叶盘制造采用的主要工艺有：精密铸造、数控铣削、电解加工、电火花加工等。这些工艺各有其优缺点，而数控铣削加工灵活快速、可靠性高，因此发达国家多采用五坐标数控铣削加工整体叶盘。国内外整体叶盘制造采用的主要工艺有：精密铸造、数控铣削、电解14加工特性整体叶盘毛坯一般采用高强度难加工材料，不允许有裂纹和缺陷，叶片薄、扭曲度大、叶展长、受力易变形，而且由于叶片间的通道深而窄、开敞性很差，材料切除率很高，严重影响了数控铣削的可加工性。

加工特性整体叶盘毛坯一般采用高强度难加工材料，不允许有裂纹和15毛坯（1）整体式毛坯——一般采用锻压技术，锻造出一整块毛坯（2）焊接式毛坯——把采用不同性能材料的盘体和叶片焊为一个整体，或者把空心叶片焊在盘体上，以实现更特殊的性能。

毛坯（1）整体式毛坯——一般采用锻压技术，锻造出一整块毛坯16粗加工材料：多为钛合金、高温合金等难加工材料。通道窄且深、开敞性差，需采用细长刀具进行多坐标开槽粗加工。实验表明，与传统的侧铣开槽粗加工相比，采用四坐标插铣方式切削力可降低60%，粗加工效率提高1倍以上

。加工方法：根据开式整体叶盘通道的结构特点，西工大任军学、姜振南、姚倡锋、田荣鑫、田卫军提出了四坐标插铣开槽高效低成本粗加工方法--通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面逼近，确定叶盘通道粗加工区域，给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法。粗加工材料：多为钛合金、高温合金等难加工材17整体叶盘数控加工工艺设计1选择合适的机床2设计专用工装3数控铣削加工工艺过程4选择合适的刀具5采取有效的减振与变形控制措施

整体叶盘数控加工工艺设计1选择合适的机床18对整体叶盘进行数控铣削最理想的机床应该是带转台和主轴、能够摆角的五坐标卧式加工中心，并且主轴的摆角范围要足够大，能够实现立卧转换。对整体叶盘进行数控铣削最理想的机床应该是带转台和主轴、能够摆19整体叶盘的工装设计应能够满足角向定位和分度的要求，满足翻面定位夹紧的要求，并能够满足机床摆角后的行程。右图为粗加工时的状态及工装使用的情景。整体叶盘的工装设计应能够满足角向定位和分度的要求，满足翻面定20

焊接后的整体叶盘数控加工面临的困难是切除摩擦焊产生的焊接飞边，由于此飞边又细又高又硬，铣削时很容易崩刃，摩擦焊挤出的飞边容易从根部折断而将整体叶盘上的材料带走，铣削效率极低。因此采用线切割或其他方式比铣削方式可能更合适

整体叶盘粗加工的目的就是要快速去除大余量。粗加工主轴摆角一方面要能够切到整个叶片表面，另一方面也要考虑盘体的锥度形成。采用直径20-30mm左右的短刀具最为适宜。

由于叶片的扭曲造成叶片两面分为凹面和凸面，考虑到机床的摆角范围，所以要安排双面加工。焊接后的整体叶盘数控加工面临的困难是切除摩擦焊产21粗加工刀具首先要控制刀长，采用较短的刀具和直径较大的刀具，采用侧铣方式，切削效率和减振效果会明显提高。精加工叶片型面应选用底角R较大的刀具或球头刀具，配合较小的行距，切出的曲面会很光顺。粗加工刀具首先要控制刀长，采用较短的刀具和直径较大的刀具，采22精加工另一面时，叶片的刚性已经较差，切削力作用在叶展的端头，极易产生弹性变形并同时伴随着振颤，所以此面的加工重点是控制变形与振颤。叶片变形可直接导致厚度尺寸超差；而加工振颤可导致叶片表面产生振纹（见右图），并且容易使刀具崩刃，严重影响叶片表面质量。精加工另一面时，叶片的刚性已经较差，切削力作用在叶展的端头，23采取在叶片通道间灌注建筑用胶的方法，改变了零件的阻尼特性，确实有效降低了振颤，并且使刀具转速达到了1000r/min，进给达到100mm/min。在此基础上又改用其他稍硬的物质填充在叶盘通道里（见右图），既能明显减少振颤，又能在叶片背面形成有力的支撑，抵消切削力造成的叶片弹性变形，确保了叶片的厚度。采取在叶片通道间灌注建筑用胶的方法，改变了零件的阻尼特性，确24此外，顺铣方式能明显减少加工振颤。双面加工、减少刀具长度能有效减少刀具振颤。进、排气边缘很薄，安排在叶片有一定刚性的精加工前进行加工，能减少变形与振颤。选择合理的切削参数，调整转速和进给速度，可有效控制振动。

此外，顺铣方式能明显减少加工振颤。双面加工、减少刀具长度能有25总结本次讨论认识了整体叶盘的概念、特点及应用，介绍了整体叶盘的三种制造方法，并分析了其中焊接式整体叶盘的结构特点和工艺难点。希望与同学和老师进行更广泛的交流。总结本次讨论认识了整体叶盘的概念、特点及应用，介绍了整体叶盘26知识回顾KnowledgeReview知识回顾KnowledgeReview航空发动机制造技术——整体叶盘

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什么是整体叶盘？

什么是整体叶盘？30航空发动机制造技术_整体叶盘课件31航空发动机制造技术_整体叶盘课件32有什么优点？

1省去了传统连接的榫头和榫槽形式，简化了航空发动机结构，可使压气机重降30%，提高了发动机推重比。

2提高了结构的气动效率

3整体叶盘的刚性好，平衡精度高，延长转子使用寿命和提高可靠性。有什么优点？1省去了传统连接的榫头和榫槽形式，简化了航33应用F414-GE-400发动机，用于“超级大黄蜂”F/A-18E/F新型航空发动机设计中普遍采用整体叶盘结构。例如F414发动机(右图)采用了共5级的整体叶盘。根据美国国防部的高性能涡轮发动机技术的第3阶段计划，到2020年，战斗机上安装的发动机涡轮都将采用整体叶盘结构。

应用F414-GE-400发动机，用于“超级大黄蜂”F/A-34F119-PW-100用于F-22WS-500用于C602巡航导弹F119-PW-100用于F-22WS-5035

怎么制造？怎么制造？361、电子束焊接法--即采用此法制造,即先将单个叶片用电子束焊接成叶片环，后用电子束焊接技术将轮盘腹板与叶片环焊接成整体叶盘结构。这种整体叶盘结构比传统的榫头连接的叶盘转子结构重量减轻30%，并可根除榫槽断裂危险。(应用型号——EJ200)1、电子束焊接法--即采用此法制造,即先将单个叶片用电子束372、线性摩擦焊接法--它是先将叶片夹紧在轮缘的叶根上,并使轮盘周向以高速振动,在叶片和轮盘叶根界面产生一个窄的摩擦加热区，当加热区的温度达到要求的温度时即停止振动,叶片与轮盘固定直至固结在一起。2、线性摩擦焊接法--它是先将叶片夹紧在轮缘的叶根上,并使38此法要比用实体毛坯加工法更经济。欧洲战斗机的EJ200发动机的3级低压压气机(右图)的整体叶盘是线性摩擦焊接技术成功应用的顶极标志。目前罗-罗公司和MTU公司已用LFW技术成功地制造了宽弦风扇整体叶盘，并将为JSF的发动机提供LFW整体叶盘。用LFW技术可从发动机上更换掉被鸟撞损坏的叶片，也可用LFW技术将叶片与用不同材料制造的轮盘焊接在一起，以获得最佳的减重效果。此法要比用实体毛坯加工法更经济。欧洲战斗机的EJ200发动393、五坐标计算机数控加工加工技术--采用经模锻的高温合金或钛合金实体整体叶盘毛坯经五坐标数控加工技术成形。此种方法要切掉大量金属材料，价格昂贵。3、五坐标计算机数控加工加工技术--采用经模锻的高温合金或钛40国内外整体叶盘制造采用的主要工艺有：精密铸造、数控铣削、电解加工、电火花加工等。这些工艺各有其优缺点，而数控铣削加工灵活快速、可靠性高，因此发达国家多采用五坐标数控铣削加工整体叶盘。国内外整体叶盘制造采用的主要工艺有：精密铸造、数控铣削、电解41加工特性整体叶盘毛坯一般采用高强度难加工材料，不允许有裂纹和缺陷，叶片薄、扭曲度大、叶展长、受力易变形，而且由于叶片间的通道深而窄、开敞性很差，材料切除率很高，严重影响了数控铣削的可加工性。

加工特性整体叶盘毛坯一般采用高强度难加工材料，不允许有裂纹和42毛坯（1）整体式毛坯——一般采用锻压技术，锻造出一整块毛坯（2）焊接式毛坯——把采用不同性能材料的盘体和叶片焊为一个整体，或者把空心叶片焊在盘体上，以实现更特殊的性能。

毛坯（1）整体式毛坯——一般采用锻压技术，锻造出一整块毛坯43粗加工材料：多为钛合金、高温合金等难加工材料。通道窄且深、开敞性差，需采用细长刀具进行多坐标开槽粗加工。实验表明，与传统的侧铣开槽粗加工相比，采用四坐标插铣方式切削力可降低60%，粗加工效率提高1倍以上

。加工方法：根据开式整体叶盘通道的结构特点，西工大任军学、姜振南、姚倡锋、田荣鑫、田卫军提出了四坐标插铣开槽高效低成本粗加工方法--通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面逼近，确定叶盘通道粗加工区域，给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法。粗加工材料：多为钛合金、高温合金等难加工材44整体叶盘数控加工工艺设计1选择合适的机床2设计专用工装3数控铣削加工工艺过程4选择合适的刀具5采取有效的减振与变形控制措施

整体叶盘数控加工工艺设计1选择合适的机床45对整体叶盘进行数控铣削最理想的机床应该是带转台和主轴、能够摆角的五坐标卧式加工中心，并且主轴的摆角范围要足够大，能够实现立卧转换。对整体叶盘进行数控铣削最理想的机床应该是带转台和主轴、能够摆46整体叶盘的工装设计应能够满足角向定位和分度的要求，满足翻面定位夹紧的要求，并能够满足机床摆角后的行程。右图为粗加工时的状态及工装使用的情景。整体叶盘的工装设计应能够满足角向定位和分度的要求，满足翻面定47

焊接后的整体叶盘数控加工面临的困难是切除摩擦焊产生的焊接飞边，由于此飞边又细又高又硬，铣削时很容易崩刃，摩擦焊挤出的飞边容易从根部折断而将整体叶盘上的材料带走，铣削效率极低。因此采用线切割或其他方式比铣削方式可能更合适

整体叶盘粗加工的目的就是要快速去除大余量。粗加工主轴摆角一方面要能够切到整个叶片表面，另一方面也要考虑盘体的锥度形成。采用直径20-30mm左右的短刀具最为适宜。

由于叶片的扭曲造成叶片两面分为凹面和凸面，考虑到机床的摆角范围，所以要安排双面加工。焊接后的整体叶盘数控加工面临的困难是切除摩擦焊产48粗加工刀具首先要控制刀长，采用较短的刀具和直径较大的刀具，采用侧铣方式，切削效率和减振效果会明显提高。精加工叶片型面应选用底角R较大的刀具或球头刀具，配合较小的行距，切出的曲面会很光顺。粗加工刀具首先要控制刀长，采用较短的刀具和