刘 晓,康小明,赵万生

(上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240)

涡轮叶盘作为航空航天发动机的核心部件,直接关系到发动机系统的成败,是决定整机性能和维护成本的关键部件之一。传统涡轮叶盘的叶片通过榫卯结构与盘身连接,结构复杂,影响了整体的可靠性。从20世纪80年代开始,闭式整体涡轮叶盘逐渐进入航空航天发动机设计领域。由于增设了叶冠结构,且整个叶盘由同一块毛坯加工而成,使其具有可靠性高、系统效率优良、总体质量小等优点,并越来越多地应用于新一代航空航天发动机。CFM国际公司研制的CFM 56航空涡扇发动机、新一代LEAP-X航空涡扇发动机及欧洲航天局Ariane-5型火箭的Vulcain液氢液氧发动机均采用了闭式整体涡轮叶盘结构[1]。图1是2种典型的闭式整体涡轮叶盘类零件:轴流式涡轮叶盘和离心式叶轮。

半封闭、弯扭的流道给闭式整体涡轮叶盘的加工带来了一系列难题。多轴数控铣削加工由于受刀具可达性与切削振动的影响,限制了其在闭式整体涡轮叶盘加工中的应用。目前该类零件的主流加工方法为多轴联动电火花加工,其原理是对充满涡轮叶盘流道的原型电极进行尺寸缩减,以获得成形电极;成形电极沿着一条复杂的运动路径无干涉地进入涡轮叶盘流道后,拷贝放电加工获得叶片型面[2]。在缩减电极尺寸与获得成形电极运动空间的同时,会降低电极使用寿命。由此可见,在电极尺寸尽可能饱满的前提下,如何获得一条无干涉、优化的电极运动路径是加工的关键问题。……