航空发动机涡轮叶片冷却气膜孔加工技术

摘要

飞机的心脏—航空发动机，决定着飞机的性能。其中最要指标就是它的推重比，推重比的大小直接决定战斗机的性能，航空发动机的发展影响着飞机的发展。随着对燃气涡轮发动机推重比要求的增加，其中最关键的就是提高热效率，这对材料的高温性能提出了很高的要求。有效的解决方案就是采用冷却保护技术，降低材料的局部温度，使同一种材料可使用在更高温度的工作环境中。涡轮前的燃气温度已经由一代机的1000K提升到2000K以上，进口温度的增加对材料是一个严峻的考验。作为航空发动机的“心脏”涡轮叶片是决定着发动机性能的关键部件之一。
　　气膜冷却是一种非常有效的降温手段。本文主要研究了涡轮叶片冷却气膜孔加工技术。并着重分析了高压涡轮叶片气膜孔加工过程中加工参数的选择以及如何去除电火花打孔后产生的重熔层。在对气膜孔的形状尺寸等特点和设备情况综合考虑后，确定了采用电火花高速打孔加工技术。改造了公司原有的数控八轴高速电火花打孔机床，提升了X、Y轴的定位精度、重复定位精度、反向间隙。在点火花打孔实验中采用正交试验对电火花打孔四个主要加工参数加工电流、脉冲宽度、脉冲间隔、伺服进给速度来分析。根据试验数据固化了加工小孔的最佳工艺参数。
　　在对电火花打孔后产生的重熔层进行去除试验中。着重分析了重熔层对产品质量的危害，介绍了去除重熔层的技术途径。根据叶片的结构特点，结合高温合金的难加工特性，选择挤压磨粒流加工工艺试验。通过对磨粒流去除重熔层的加工特点分析，确定采用孔径增加量作为标准来检验重熔层去除情况。经过大量的试验数据得到Φ0.3孔磨粒流孔径增加量0.04mm时，所有孔均未发现微裂纹;Φ0.5孔磨粒流孔径增加量0.02mm时，所有孔径重熔层均被去除，进、出口有一定的圆角。满足了设计图的需要。
　　本文的研究结果已经应用于实际生产中，对比以往的气膜孔加工质量有较大幅度提升，提高了叶片的制造水平。并在同类叶片的气膜孔加工中推广。为航空发动机涡轮叶片制造提供了理论和技术支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 航空发动机的发展概述

1．2 航空涡轮叶片制造技术现状

1．3 微小孔加工技术概述

1．4 本文主要研究内容

2 电火花加工冷却气膜孔的试验研究

2．1 气膜孔的加工方法的选择

2．2 加工设备的改造

2．2．1 原有电火花加工设备概况

2．2．2 设备改造方案

2．3 冷却气膜孔的电火花加工试验

2．3．1 电火花加工工艺试验方案

2．3．2 电火花打孔试验准备

2．3．3 正交法工艺试验设计

2．4 正交试验结果分析

2．4．1 正交试验最优方案结果

2．4．2 正交试验加工后小孔熔层厚度的检测与分析

2．5 小结

3 电火花加工重熔层产生的机理的分析

3．1 重熔层的试验观测及其形成原理

3．2 影响重熔层深度的因素及其消减途径

3．2．1 重熔层对产品质量的危害

3．2．2 影响重熔层深度的因素

3．2．3 去除重熔层的技术途径

4 挤压磨粒流技术消减气膜孔重熔层的研究

4．1 挤压磨粒流加工原理

4．2 挤压磨粒流加工工艺试验

4．2．1 试验条件及方案

4．2．2 磨粒流加工孔径测量及堵孔方法

4．2．3 磨粒流加工对孔径增加的试验分析

4．2．4 磨粒流加工消减重熔层的效果分析

结论

参考文献

致谢