航空（kōng）發動機高渦葉片氣膜孔電火花加工工藝參數優化
2013-5-5 來源： 作者：
高速電火花小孔加（jiā）工原理
高速電（diàn）火花（huā）小孔加工是近年來一項新興的先進製造技術。
其原理是在旋轉的中空管狀電極中通以高壓工作液，衝走加工屑，同時保持高電流密度連續正常放電。電極旋轉（zhuǎn）可使端麵損耗均勻，不致受高（gāo）壓、高速工作液的反作用力而偏斜。然而，在電火花小孔加工特別是深孔加工時，容易在工件上留下毛刺料芯以及被去除的工件材科的微小顆粒，阻礙工作液的高速（sù）流通，使加工速（sù）度低、加工（gōng）不穩定以及工具電極損耗增大等，而這些（xiē）滯留在狹小加工間隙中的微小顆粒又往往（wǎng）會引起二次放電的產生，使加工過（guò）程不穩定，甚至產生短路現象，導致加工（gōng）難以進行（háng）。
另一方麵，由於小（xiǎo）直徑的工具電極在加工過程中易產生晃動或振動（dòng），更有助（zhù）於發生二次放電現象。正是（shì）由於電火花小孔加工（gōng）存在這種二次放電造成重熔層厚度增加所（suǒ）帶（dài）來的（de）弊（bì）處（chù），使得（dé）對（duì）航空發動機高壓渦輪葉片的加工工藝（yì）提出了更高的技術要求。通過工（gōng）藝（yì）試驗（yàn）和驗證，我們對電火花小孔加工工藝參數進行（háng）合理的優化，可以達（dá）到減小重熔層（céng）、提高（gāo）氣膜（mó）孔加工質量的目（mù）的。
高（gāo）渦葉片氣（qì）膜孔加工工（gōng）藝分析
高壓渦輪葉片（piàn）是航空發動機透平機中的關鍵部件（jiàn），它工作環境十分惡劣。在發動機循環中，高壓渦（wō）輪葉片承受著燃燒後產生的高溫（wēn）高壓燃氣的（de）衝擊，有效的冷卻措施既可以保證發動機安全可靠的工作，延長發動機的使用壽命，也可以降低高溫材料的（de）成本。發動機的性能在很大程度上取決於渦輪進口溫度的高低，它受到渦輪葉片材料和結構的限製。因此對渦輪葉片進行連續不斷（duàn）的冷卻，使之可以在允許的工（gōng）作環境溫度中超過材料的（de）熔點仍（réng）能安全可靠地工（gōng）作。
氣膜冷卻技術是具有代表性的重要結構改進之一，大大提高了發動機的性能：氣膜冷（lěng）卻就是在渦輪葉片葉身上（shàng）沿葉高方向分布了n排冷卻氣膜孔，從氣膜孔（kǒng）噴出的冷卻氣流在葉（yè）身表麵形成氣膜，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（wō）輪葉（yè）片的冷卻效果，並（bìng）影響到葉片的T作壽命。
氣膜冷卻孔的加工方法通常（cháng）有激光加（jiā）工(Laser）、電火花加工(EDM）等方式。前者加工速度（dù）快，成本低，但是由於激光的燒熔作用，孔內粗糙度不（bú）均勻，形成較厚的（de）重熔層，實際測量的（de）孔直徑要小於孔的實際通流直（zhí）徑；後者加工（gōng）精度高，孔內粗糙度（dù）均勻，且重熔層較（jiào）薄，可以加工成形孔，但是加工時間較（jiào）長，成本較高。
為了（le）得到較好的（de）氣（qì）膜孔加工質量，目前在航空製造業中高渦葉片（piàn）氣膜（mó）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（cún）在以下幾個向（xiàng）題（tí）：①工（gōng）作液壓力降低、基體雜質、內腔表麵型芯殘留附著物等會導致加工時（shí）間延長，造成重熔層增厚超標，甚至出現微裂紋。②在氣膜孔補加工時，電極與原孔完全重合（hé）困難，容易產生二次放電，對零（líng）件表麵狀態會（huì）造成影響。③目前國內沒（méi）有氣膜孔（kǒng）內腔斜孔銳（ruì）角尖（jiān）邊倒圓（yuán）的成熟加工技術。由此可見，重熔層的厚（hòu）度是影響氣膜孔質（zhì）量的關鍵要素，通過工藝參數的優（yōu）化可實現重熔層厚度最小化，以改善氣膜孔的（de）加工（gōng）質量。
重熔層厚度是參數設計中用來度量氣膜孔加工質量的指際，是參數設計的核心因素，其基本思想是通過選擇（zé）係統中所有參數的最佳（jiā）水平組合，使氣膜孔的加工質量最好，重熔層厚度（dù）值越小，氣膜孔的加（jiā）工質量就越好。重熔（róng）層（céng）的分析（xī）過程（chéng）實際上是一個（gè）擇優的問題，它（tā）通過使用正交表，以重熔層厚度T作為氣膜孔加（jiā）工質量（liàng）的評價指標，運用統計技術進行分析，確定最佳（jiā）水平（píng）組（zǔ）合（hé）。重熔層厚度值的極差越大，影響因（yīn）素水平就越高。
在機械製造業（yè）中，鈦合金材料具有其他金屬材料無法擁有的特點：比強度高，熱強性高，抗蝕（shí）性好；合金密度僅為（wéi）鋼的58%，因此，利用（yòng）鈦合金材料做成的薄壁殼體結構件，將成（chéng）為國防產品通用工（gōng）件。由於工（gōng）件（jiàn）壁薄，加（jiā）工容易（yì）變形，徑向夾緊力使工件產生彈性變形，刀具磨損（sǔn）快使（shǐ）加工尺寸不穩定，不易保證加工質量，使工件廢品率及加工成本（běn）居高不下，工件加工變形一直困擾技（jì）術人員（yuán）及加工操作者。
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