孙晓岚,刘 晓,梁 为,康小明

(上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室,上海200240)

叶盘类零件是航空、航天发动机的核心部件,飞行器性能和任务能力的每一次飞跃,都与叶盘类零件的发展直接相关[1],它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。目前,叶盘结构使用的主流趋势是带叶冠的闭式整体结构。闭式整体叶盘流道的可达性差,常为弯扭结构,采用普通切削方法难以加工,难以获得较好的表面质量,且加工成本高,而电火花加工却显示出它特有的加工优势,逐渐成为该零件的主流加工方法。Ariane-5火箭的发动机Vulcain中的闭式整体叶盘是由瑞典某公司采用多轴联动数控电火花技术制造的[2],俄罗斯在加工“能源号”发动机整体式带冠转子时,采用了多套电极两面电火花加工技术,我国50吨级火箭发动机叶盘也是采用电火花加工制造的。

从航空、航天发动机的使用过程和故障分析得知,各种形式的疲劳破坏的根源几乎都集中在零件表面。某发动机二级涡轮叶片断裂失效分析表明:叶片失效是由于其中一片叶片低周疲劳断裂所致,该叶片的低周疲劳断裂失效与源区附近的R槽中存在微裂纹[3]有关。Matlik等[4]通过实验发现涡轮机械中,磨损的主要位置是叶片与叶片相互接触的地方,高温高频的载荷环境会促进裂纹的增长,导致零件失效。

从加工原理上来看,电火花加工是一种利用热能对零件进行加工的方式,零件表面在热力、电磁力、流体动力等综合作用下,表面微观几何特征和表面层物理、化学性能都发生了变化。……