航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，為航空器提供飛行所需動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，其制造過(guò)程十分復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計(jì)和制造水平。這期主要介紹 渦輪葉片的組成和鑄造成型工藝過(guò)程。

01 渦輪葉片組成

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為了完成由燃?xì)饣瘜W(xué)能到轉(zhuǎn)子機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，渦輪葉片在結(jié)構(gòu)上主要由葉冠、葉身、緣板、葉根四部分組成。

葉身：其功能主要是實(shí)現(xiàn)葉片的氣動(dòng)特性。葉身不同高度的截面形狀通過(guò)氣動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)選取，周向上相鄰葉片的葉身之間構(gòu)成氣流通道，供高溫、高壓燃?xì)饬鬟^(guò)并膨脹做功；同時(shí)，葉身型面還兼具調(diào)整氣流方向的功能，保證氣流進(jìn)入排氣系統(tǒng)時(shí)軸向速度均勻。

緣板：其功能主要是形成獨(dú)立的氣流通道，保證高溫燃?xì)獠粫?huì)流入氣流通道以外的渦輪 盤(pán)、密封、支承等其他耐溫性較差的部件。緣板介于葉身與葉根之間，一般采取方形結(jié)構(gòu)，上下分別通過(guò)過(guò)渡段和葉身、葉根連接，同一級(jí)轉(zhuǎn)子的葉片緣板組成一個(gè)封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

葉根：其功能主要是連接葉片和輪 盤(pán)，以便將功率傳輸?shù)脚c輪 盤(pán)相連的轉(zhuǎn)子軸上。葉根靠上、和緣板連接的部分稱為伸根。葉根下端，連接渦輪 盤(pán)的部分一般采用樅樹(shù)形榫頭，其優(yōu)點(diǎn)有：榫頭的周向尺寸較小，可在輪緣上安裝較多的葉片，輸出功率大；多個(gè)齒面?zhèn)髁Γ休d能力強(qiáng)，安全裕度大；接觸面積較大，有利于散熱和摩擦減振；間隙配合，受熱后能夠自由膨脹，可以減小熱應(yīng)力；拆裝方便等。

葉冠：為了提高渦輪效率，常在葉片的上端采用一個(gè)類(lèi)似緣板的葉冠結(jié)構(gòu)。其作用是：減小葉尖由葉盆向葉背的漏氣，降低二次損失，提高渦輪效率；相鄰葉片的葉冠之間的摩擦可以吸收震動(dòng)能量，起到減振作用；同一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的葉冠相互抵緊，可增強(qiáng)葉片的剛性，提高其抗振強(qiáng)度；帶冠葉片可以采用對(duì)氣動(dòng)性更為有利的薄葉型。目前，常用的葉冠形狀主要為平行四邊形和鋸齒形葉冠。

02 渦輪葉片加工制造

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葉片是一類(lèi)典型的自由曲面零件，加工這類(lèi)零件時(shí)都有一個(gè)特點(diǎn)：薄，加工時(shí)易變形，并且材質(zhì)通常為不銹鋼、蒙乃爾合金、INCONEL、鈦和鎳為基礎(chǔ)的難加工合金材料，更增添了加工的困難度，同時(shí)對(duì)加工工藝與加工用的刀具提出了更高的要求。

在葉片的加工中，葉片加工難點(diǎn)有以下3個(gè)方面：銑工藝圍帶處，葉根的加工，銑拉筋孔。

再看看國(guó)外某工廠鑄造工藝制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片全過(guò)程。

▲首先將瓷土通過(guò)粉碎機(jī)打碎，制作渦輪葉片的內(nèi)芯。

▲工作人員正在將塑形后的瓷土模型逐個(gè)檢查修形，做好的瓷土模型將燒結(jié)成熔融石英陶瓷芯。

渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)需要中空的渦輪葉片，只有高質(zhì)量的陶瓷芯是失蠟法鑄造的最好內(nèi)芯材料，它能夠在澆鑄金屬時(shí)依然能夠保持穩(wěn)定，在鑄件冷卻后有能通過(guò)化學(xué)工藝輕易溶解，在葉片中留下所需要的空氣通道。

▲已經(jīng)包裹了陶瓷芯的蜂蠟葉片

▲將葉片進(jìn)行最后加工，這樣熔融金屬就可以將空腔充滿，不會(huì)造成鑄造砂眼。

▲機(jī)械手在陶土液中旋轉(zhuǎn)，使其均勻包裹住模型的任何部位，這樣才能算合格。

▲機(jī)械手將模型加入特殊風(fēng)箱中，在外表噴淋瓷土，形成厚實(shí)的外殼。

▲包裹陶土后的鑄造模型，再進(jìn)行風(fēng)干處理

▲接著要進(jìn)行加溫，將鑄造模型外部包裹的瓷土燒成陶瓷范模，同時(shí)，將內(nèi)部的蜂蠟排出，形成鑄造空腔。

▲每種范模都要一種特別的熔爐進(jìn)行加工。

▲最后，生產(chǎn)出的葉片還需要進(jìn)行X光探傷，每個(gè)葉片都要進(jìn)行多角度探傷，防止出現(xiàn)任何瑕疵。

來(lái)源：機(jī)械cax360