３２ 东方电机））２０１４年第２期 表ｌ 闭式整体叶轮应用领域及应用情况 应用领域 应用实例 产品性能提升 军用产品 涡喷、涡扇航空发动机、舰船发动机、火箭发动机等 可靠性好，重量减轻，发动机性能提高 汽车行业 汽车发动机涡轮增压器 涡轮增压使得燃烧充分，减少废气的排放，提 高效率，增大功率 水力机械 水轮机叶轮、水泵泵轮 效率提高 机电行业 空调、冰箱的离心压缩机、高速电主轴、汽轮发电机等 转速高，效率提高，效果好 风机、膨胀机 风机叶轮、膨胀机叶轮 效率提高 医疗器械 人３２，Ｃ，脏转子、涡轮式血液泵涡轮、分子涡轮泵涡轮等 强度高，精度高，重量轻，可靠性好，脉动小 微型计算机 超薄型笔记本电脑散热器的排气叶轮等 体积小，排气量大，改善了微处理器的散热条件 难加工材料，这些因素都对叶轮的加工制造提出了 从１９８０年代末开始在ＥＪ２００发动机上使用电子束 挑战。 焊接的整体叶轮，其整体叶轮电子束焊接分为两个 ［Ｉ－ 轮的制造工艺一般采用分体式制造和闭式 步骤：首先将所有叶片焊接成一个整体，形成一 个 整体制造两种工艺。 叶环，然后再把该叶环焊接到轮盘上。采用这种方 ２．１分体式制造工艺 法制造的整体叶轮比组装的叶轮重量减轻３０％‘ 。 分体式制造工艺相对简单，叶轮采用叶片、轮 我国太行航空发动机上也采用了电子束焊接整体 缘、轮毂分开制造，装配采用焊接 １＝艺，但由于焊接 涡轮叶轮，其中涡轮叶片采用了高温合金定向凝固 热变形、装配误差等，导致叶轮整体质量较差，而且 精铸成型方法。 制造周期长。 （２）热等静 ．扩散连接法 ２．２闭式整体制造工艺 扩散连接是前苏联Ｈ． ．卡尔柯夫在１９５３年 闭式整体制造工艺是在制造技术发展到一定 提出的一种连接技术，其加工原理是将两个零件的 程度上提出的一 种设计与制造理念，即把原来分体 结合表面在高温加压下引起界面结合，加工过程分 式组装的叶轮改用闭式整体结构，采用整体制造方 为物理接触、接触面原子间的相互扩散、接触部分 法，从而使叶轮的流体力学性能和机械性能得到大 形成结合层逐步向体积方向扩散３个过程 。在具 幅度提高。 体应用中，例如某钛合金整体叶轮采用热等静雎法 就目前公布的资料来看，闭式叶轮制造方法人 将钛合金粉末与精密锻造叶片连接成为整体叶轮； 敛有以下几种。 再如某高温合金整体叶轮采Ｊ＿｝ｊ了热等静压＿［艺将 ２＿２．１ 连接法 粉末高温合金制造的轮盘和精密铸造的叶片扩散 连接法是将Ｈ十轮与叶片采用不同的工艺方法 连接为整体叶轮，见图２（ａ）。 制造，再采用特殊工艺把叶片与叶轮连接为一个整 （３）线性摩擦焊接法（ＬＦＷ） 体，按其连接方法不同又可分为以下几种方法： 整体叶轮的线性摩擦焊接使用高频振荡设备 （１）电子束焊接法（ＥＢｗ） 使叶片和轮盘高速振荡，利用摩擦作用在叶片 轮 电子束焊接法工作原理是指电子枪产生的电 盘之间产生足够高的温度，使叶片和轮盘的原子相 在阴阳极高电场的作用下，被拉出并加速到很高 互移动、相互渗透，把叶片与轮盘连接成一 个整体， 速度，经一级或二次磁透镜聚焦后形成密集的高速 然后再用机械加工方法去除毛边 ’。１９９４年，欧洲 电子流，当其撞击接缝处，其动能转化为热能，使材 战斗机ＥＪ２００发动机的３级低压压气机中采用了 料迅速熔化达到焊接的目的。欧洲喷气涡轮公司 线性摩擦焊接的整体叶轮，后来Ｒ—Ｒ公司和ＭＴＵ ３８ 东方电机））２０１４年第２期 度，加工时叶轮要沿轴向和径向旋转不同角度，以 ３结语 保证工具电极进给方便，不发生干涉。如美国ＮＵ． ＣＯＮ公司曾采用五轴数控铣床加工Ａ２８６型火箭 本文对目前闭式叶轮的制造技术进行了较为 发动机的不锈钢翼型，该翼型上有１０３个复杂扭曲 详细的阐述，重点介绍了电解加工技术、电火花加 的叶片，零件公差为０．０３ｍｍ，加工每个零件需要 工技术、３Ｄ打印技术、多轴数控铣削技术的技术流 ２０００ｈ；而美国ＭＡＣＲＯＥＤＭ公司使用日本Ｓ０Ｄ． 程，其不同的工艺技术有着各自的优缺点，见表２。 ＩＣＫ电火花加工机床加工该零件，整个过程仅需 针对不同的材料、几何结构、尺寸，以及精度和性能 ４００ｈ，比原来的机械加工方法效率提高了５倍。然 要求等，需要采用不同的加工工艺进行闭式叶轮整 而电火花３ｎｑ－还存在一些问题，如：加工效率与电 体加工，有些还可能需要将几种加工工艺进行结 解加工相比，效率较低；工具电极损耗严重，成本较 合。我公司需要研制的闭式叶轮结构和型式越来 高；加工表面有再铸层。因此，在整体叶轮批量生 越多，但由于硬件、软件尚待完善，所以在整体加工 产过程中，电火花加工遇到了很难克服的障碍。 技术上还需要进一步研究与开发。 表２闭式叶轮整体加工工艺对比 工艺技术 精度 效率 成本 尺寸及材料要求 连接法 低 低 低 无特殊要求 精密铸造 较低 岛 低 尺寸较小 多轴数控铣削 商 较高 较高 无尺寸、材料要求 ３Ｄ打印 低 较高 呙 尺寸要求小 电解加工 较高 低 高 金属材料、尺寸较小 电火花加工 较高 低 岛 金属材料、尺寸较小 参考文献 【７】丁立铭＿２ｌ世纪航空制造技术将发生质的飞跃——谈高 推重比发动机的关键制造技术【Ｊ］．航空制造技术．２００２ …１齐学义．流体机械设计理论与方法【Ｍ】 Ｅ京：中国水利水 （１）：５３～６２ 电出版社，２００８ ［８】精密铸造技术在航空工业中的应用和发展【Ｊ】＿航空制造 ［２】黄钟岳，王晓放．透平式压缩机【Ｍ¨Ｅ京：化学工业出版 技术，２００８（２２）：３２～３５ 社，２００４ 【９】孙全平，廖文和．叶轮曲面５轴高速铣加工刀轨生成算 【３】杨建国，张学秋，陈绪辉．电子束焊接在航空发动机制造 法．东南大学学报（自然科学版）．２００５，３５（３）：３８６～３９０ 中的应用及有限元热模型进展【Ｊ】．焊接．２０１ｌ（１）：５０～５６ 【ｌＯ】任军学，张定华，王增强等．整体叶轮数控加：Ｉ 技术研究． 【４】宋敏霞，朱熹华，孟祥军．钛合金与其它金属材料扩散连 航空学报．２００４，２５（２）：２０５～２０８ 接研究现状与发展【Ｊ】．焊接．２００６（１）：１１～ｌ６ 【ｌ１】魏军．闭式叶轮整体电解加工工艺基础研究．大连理工 【５】王文理，王焱，王君．航空发动机钛合金焊接式整体叶轮 大学．２００７，２２～２７ 数控铣削工艺及编程技术【Ｊ】．航空制造技术．２００９【２５）： 【ｌ２】刘辰．三元流闭式叶轮组合电加工工艺研究．南京航空 １００～１０２ 航天大学．２０１０，７７～８Ｏ ｆ６郭恩明．６］航空先进制造技术发展趋势［Ｊ］．航空制造技术． 【１３］刘晓，康小明，赵万生．带叶冠整体式涡轮盘的多轴联动 ２００７（ｚ１）：１～５ 数控电火花加＿Ｔ［Ｊ］＿航空制造技．２００９（２）：１００～１０２