完整的點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體葉盤工藝鏈：從設(shè)計(jì)到3D打印-增材制造，熱處理，數(shù)控銑削精加工后處理，再到質(zhì)量保證。

集成點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的薄壁整體葉盤，來源：Fraunhofer

 從設(shè)計(jì)、打印到后處理、認(rèn)證的完整工藝鏈

      整體葉盤是單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)零件，其中，輪轂和葉片由一整塊材料加工而成。通常，渦輪低溫壓氣機(jī)側(cè)的整體葉盤由鈦合金制成，高溫燃燒側(cè)的整體葉盤則需要使用高溫合金。

       此前，在整體葉盤的制造方面的加工技術(shù)以焊接以及數(shù)控銑削加工為主，而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)越來越多的被應(yīng)用到整體葉盤的加工中。這其中，F(xiàn)raunhofer開發(fā)了集成點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的整體葉盤。

集成點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的薄壁整體葉盤，來源：Fraunhofer

       Fraunhofer開發(fā)的集成點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的整體葉盤是在“歐洲的飛行軌跡2050 – 歐洲的愿景航空”的背景下完成的。“歐洲的飛行軌跡2050 – 歐洲的愿景航空”歐盟委員會(huì)致力于通過研究和創(chuàng)新為乘客提供更加安全的飛行技術(shù)，并結(jié)合環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展要求。這個(gè)愿景將設(shè)計(jì)，制造和系統(tǒng)集成的連貫性提到了日程，F(xiàn)raunhofer的IPT研究所與亞琛工業(yè)大學(xué)融合了雙方的優(yōu)勢(shì)，通過粉末床選區(qū)金屬熔化3D打印技術(shù)開發(fā)了集成點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的整體葉盤。

        這種集成點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的整體葉盤由鎳基高溫合金制成，鎳基高溫合金材料難以加工，因此通過單純的依賴數(shù)控銑削方式來加工出葉片輪廓是非常耗時(shí)且昂貴的。出于這個(gè)原因，研究人員采取了增材制造技術(shù)：粉末床選區(qū)激光熔化金屬3D打印技術(shù)（LPBF）。研究人員開發(fā)了集成點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的整體葉盤的工藝鏈 – 從設(shè)計(jì)到增材制造，熱處理，數(shù)控銑削精加工后處理，再到質(zhì)量保證。有趣的是所采用的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在組裝期間可以支撐薄壁結(jié)構(gòu)，并且可以在后處理數(shù)控機(jī)加工期間最小化振動(dòng)。

        3D打印-增材技術(shù)的運(yùn)用帶來了許多優(yōu)點(diǎn)，3D打印使得設(shè)計(jì)的自由度提升，可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的幾何形狀。并且，因?yàn)橄�耗的材料更少，從而保護(hù)環(huán)境并降低成本。此外，使用增材制造工藝可以更經(jīng)濟(jì)地開發(fā)和生產(chǎn)更小，更復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)核心零件，同時(shí)減少污染。

 Review

         國(guó)內(nèi)鉑力特在通過3D打印整體葉盤方面擁有多年的經(jīng)驗(yàn)。鉑力特擅長(zhǎng)制備大幅面薄壁零件，根據(jù)鉑力特，由于冷卻速度不同，在鑄造薄壁結(jié)構(gòu)金屬零件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)難以完成鑄造或者鑄造后應(yīng)力過大零件變形的情況。這種情況可以由金屬3D打印完美解決，通過激光光斑對(duì)金屬粉末逐點(diǎn)熔化，局部結(jié)構(gòu)的良好控制保證了零件整體的性能。整體葉盤簡(jiǎn)化了航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)推重比，提高了結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)效率，而且整體葉盤的剛性好，平衡精度高，從而延長(zhǎng)轉(zhuǎn)子使用壽命并提高可靠性。

       根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的第三階段計(jì)劃，到2020年，戰(zhàn)斗機(jī)上安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪都將采用整體葉盤結(jié)構(gòu)。通常，制造整體葉盤可以采用焊接法，通過將單個(gè)葉片焊接成葉片環(huán)，再將輪盤腹板與葉片環(huán)焊接成整體葉盤結(jié)構(gòu)。焊接方法包括電子束焊接，線性摩擦焊接。焊接后通常采用線切割的方式來進(jìn)行精加工。

      當(dāng)然除了焊接方法，還可以通過五軸數(shù)控加工將大量金屬材料切除，直接加工出整體葉盤。不過由于葉片間的通道深且窄，數(shù)控加工中刀具容易發(fā)生干涉，并且材料切除率很高，這影響了五軸數(shù)控加工在整體葉盤領(lǐng)域的適用性。

       不過，即使通過3D打印出整體葉盤，還是需要通過五軸數(shù)控加工來進(jìn)行精加工。精加工過程中，由于葉片的剛性已經(jīng)較差，在銑削過程中，容易發(fā)生震顫，所以加工的挑戰(zhàn)包括如何控制變形與振顫，從而保證葉片尺寸的加工精度公差以及表面光潔度。這其中的解決方案包括順銑方式、選擇合適的切削參數(shù)，調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速以及刀具進(jìn)給速度等。

(責(zé)任編輯：admin)

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