【文章內(nèi)容簡介】 繪制葉身在葉片造型的過程中，我的依據(jù)就是已知的氣動數(shù)據(jù)，首先就是要由這些截面線型值點來擬合葉片的截面線，然后將各截面線在其徑向上進行疊加形成葉片型面。對葉片的造型有以下的要求：（1） 葉片截面線是自由曲線，葉片型面是負責的三維自由曲面，幾何精度要求較高；（2） 葉片氣動性能要求較高，對曲面光順性要求較高；9 / 49（3） 葉片的氣動點來自于氣動數(shù)據(jù)，在造型過程中要盡量保證其氣動性；由于在造型時要求的精度較高，在造型時會出現(xiàn)兩個問題：（1） 葉片截面曲線造型結果不光順，傳統(tǒng)方法通過插值得到足夠多的數(shù)據(jù)帶點來構成截面線，但插值方法不能完全保證緣頭區(qū)域的截面線的凹凸性不發(fā)生突變（即產(chǎn)生拐點） ，因此會導致葉身曲面在加工時產(chǎn)生啃切或價格不到位；（2） 葉片型面在緣頭區(qū)域發(fā)生扭曲，嚴重影響曲面質(zhì)量，由插值方法得到的截面線，在緣頭區(qū)域給出了較密的數(shù)據(jù)點，使得在曲線放樣的過程中，很難保證在各截面的緣頭處點的參數(shù)對其，導致緣頭區(qū)域曲面扭曲的狀況。通過查閱資料可以知道，葉身是有葉背、葉盆、前緣和后緣所構成，創(chuàng)建葉身型面時首先要做出葉背和葉盆的曲線，然后以圓弧的形式分別連接兩端構建前緣和后緣，而圓弧的圓心和半徑都是已知的數(shù)據(jù)。而本課題只具備構建葉背和葉盆型面曲線的氣動數(shù)據(jù)，因此，我選擇用樣條曲線依次連接葉背和葉盆上的所有點，從而構建整個葉身型面去線，解決前緣和后緣的問題。 （1）創(chuàng)建“零件”和“實體”, 進入草繪界面單擊“ ”工具下的偏移坐標基準點工具，輸入第一界面葉身型面的坐標值，用B樣條曲線連接輸入的基準點構成型面曲線（）：10 / 49 選擇B樣條曲線的原因是：B樣條曲線具有很多優(yōu)點，更能夠符合葉身型面復雜曲線的要求，比如它具有局部調(diào)整性，仿射不變性，分段性，連續(xù)性凸包性，保凸性，變差縮減性，造型靈活性等優(yōu)點。其最突出的優(yōu)點在于對局部的修改不會引起樣條形狀變化的遠距離傳播，也就是說修改樣條的某些部分時，不會過多地影響曲線的其它部分。因此在獲得氣動數(shù)據(jù)點后對葉身曲面進行造型，為保證曲面不失真，我們選擇B樣條曲線。（2）以第一截面為基準創(chuàng)建第二截面：為保證各型面間的距離，必須要創(chuàng)建新的基準平面，在新的基準面內(nèi)進行草繪。創(chuàng)建新的基準平面要保證偏移方向和距離。點選基準平面工具，選擇第一型面草繪平面為基準，輸入偏移距離，創(chuàng)建新基準面（所示） 11 / 49在創(chuàng)建的基準平面內(nèi)輸入第二截面曲線的坐標，并用樣條曲線連接構成第二型面。并以同樣的方法構建其他各型面曲線圖（）12 / 49圖 各型面完成后視圖（3）進行邊界混合：各個型面截面繪制完成后就要構成葉身曲面，在構成葉身曲面時，我們首先要保證的就是葉身曲面的光滑度，因為葉身的光滑度是葉片造型精度的一個重要衡量標準。選擇邊界混合工具，依次點選十一個截面進行邊界混合，在此過程中發(fā)現(xiàn)混合后的曲面不是理想的葉身曲面，點選預覽，發(fā)現(xiàn)合并的曲面是扭曲的，不規(guī)則的，即混合失敗。為了混合成功，必須創(chuàng)建第二方向，以限制混合后曲面形狀。于是，采用基準點工具依次依邊界線兩端圓弧中點為基準創(chuàng)建基準點并以基準曲線連接，構成基準曲線，作為第二方向的限制來控制曲面造型的方向，促使造型后的曲面是理想而光滑的。 （如圖 ） 圖 繪制基準曲線圖 再次進行邊界混合，點選邊界混合工具，依次點選十一個截面曲線，然后選擇第二方向，再依次選擇兩條基準曲線，點選預覽，曲面符合要求，混合成功。根據(jù)曲面實體化的要求，將第一截面和第十一截面分別進行填充，即將曲面兩端進行封閉。合13 / 49并葉身曲面和兩端填充面并將合并后的曲面實體化，葉身的造型完畢。 （如圖 ） 。 圖 曲面合并并實體化 繪制安裝板及榫頭通過簡單的拉伸, 創(chuàng)建葉片安裝板、榫頭等組件, 然后對成形零件進行倒角, 得到最終葉片零件實體圖。再進行旋轉(zhuǎn)后, 得到最終效果（）。14 / 49 葉片造型圖繪制大頭安裝板，注意選取角度，拉伸出要求厚度。根據(jù)葉片二維工程圖可以知道，該安裝板需要拔模，選擇拔模工具對其拔模：15 / 49 大端安裝板拔模繪制大端榫頭：由于安裝板已經(jīng)有了斜度，因此，在對榫頭拉伸的時候，為保證榫頭和葉身截面的同軸度，就不可以選擇有斜度的安裝板平面作為拉伸的平面，所以我依然選取拉伸安裝板時用的基準平面，在最后確定拉伸長度時輸入 25，最終保證榫頭長度為 18.（如圖 ）16 / 49 繪制大端榫頭繪制小頭安裝板：從二維工程圖中可以知道該板與葉身截面有一定的角度，因此，首先采用曲面拉伸，在適合的位置拉伸出一曲面，在將該曲面進行一次偏移，偏移的距離為安裝板的厚度。 構建安裝板截面根據(jù)葉片工程圖的主視圖，拉伸一個矩形的曲面，對已經(jīng)拉伸的兩個平行的曲面進行相互的修剪，最終就會得到安裝板的結構，對得到的安裝板各面進行曲面合并，17 / 49并將合并后的曲面進行實體化。對于超出該板的葉身部分，以該板的外面為基準面，采用拉伸，取出材料的方法，將其去除。（） 繪制小端安裝板繪制出小頭榫頭：由于小端的榫頭位置關系，必須首先創(chuàng)建一個基準面才可以進行拉伸等操作，以保證葉片尺寸。以大端的榫頭端面為基準，向小端方向偏移225建立基準面，在該基準面上進行拉伸，繪制榫頭，榫頭與安裝板之間的連接，采用投影，邊界混合，曲面合并和實體化都工具繪制。18 / 49 繪制小端榫頭發(fā)動機葉片的造型完畢。18 / 494 基于 Pro/ E 的模具設計 毛邊槽的設計對葉片精鍛來說，毛邊槽的設計是重要因素，它控制鍛造時金屬的流動，據(jù)了解國外高水平的葉片精鍛生產(chǎn)，均采用了良好的毛邊槽結構設計。毛邊槽設計比較復雜，它與鍛壓設備、鍛件材料、鍛件尺寸等有關，應根據(jù)具體情況確定具體形式及尺寸。毛邊槽的設計包括橋部和倉部的設計。常見終鍛模葉身進排氣邊緣毛邊槽形式有兩種。圖4. 1所示的毛邊槽形式是從葉身進排氣邊緣向外以水平方向(與鍛?；鶞势矫嫫叫?延伸余量。，進氣邊緣因葉身較厚，金屬流動阻力較小，需加寬毛邊橋，一般取寬度為4一7毫米，即使這樣有時仍然出現(xiàn)進氣邊緣毛邊大，而排氣邊緣毛邊小，甚至葉身型面充不滿。遇到這種情況，需要在進氣邊毛邊橋的中間增添一道阻尼溝，才能進一步增加金屬流動阻力，使進排氣邊毛邊分配均勻。凡是在終鍛前未經(jīng)預鍛的毛坯和葉身厚度較大的葉片的終鍛模，一般都采用這種形式的毛邊橋。 圖 毛邊槽形式1 圖 ，從葉身進排氣邊緣延伸余量的邊緣圓弧向外是平面，此平面與葉身截面中心線夾角為50，這種毛邊橋?qū)饘僮枇苄。m用于葉身厚度較小的葉片終鍛模。但終鍛前的毛坯必須經(jīng)過預鍛，毛坯的形狀、尺寸大致接近終鍛件，否則會由于金屬分配不均勻，造成毛邊一邊大一邊小，甚至葉身出現(xiàn)充不滿19 / 49的現(xiàn)象。榫頭和定位凸臺周圍的毛邊槽與一般鍛件相同。毛邊槽的高度為h，則寬度為b=3h。葉身進排氣邊緣與榫頭內(nèi)側面轉(zhuǎn)接處的毛邊槽高度由小向大過渡。 圖 ，縱向過渡到葉身邊緣橋部的。在毛邊槽的外面是毛邊槽倉部，上下模倉部的深度為5毫米。在毛邊的外圍是平面，樺頭、葉身和葉尖的外圍平面在同一水平面上，與鍛模基準平面平行，低于倉部，其寬度不小于25毫米。本文的毛邊槽形式采用了圖4. 1的形式，這部分沒有程序?qū)崿F(xiàn)，利用件的界面功能手工完成。 圖4. 5葉片鍛件毛邊槽形狀示意圖20 / 49 鍛模的設計與造型 考慮到模具的使用環(huán)境和強度要求, 校正模具的材料選用K403 鎳基鑄造高溫合金。應用Pro/ E 軟件對校正模上、下模進行設計。 創(chuàng)建制造—模具型腔，進入模具造型模塊 模具造型模塊將參照模型，即發(fā)動機葉片的實體圖導入該模塊中，采用缺省約束將其完全約束，并創(chuàng)將工件。21 / 49 模具工件圖 創(chuàng)建分型面葉身的分模只能確定在進、排氣邊緣分模，其分模線的位置就是進、排氣邊緣葉型延伸余量的邊緣圓角半徑的圓心。 圖 22 / 49榫頭的分模主要取決于臨近的葉身型面進、排氣邊的分模。為方便加工，榫頭分模面最好是平面，只要能確定組成平面的邊界直線，就確定了樺頭分模面，示。 圖 樺頭分模面的位置由以上分析最終確定分型面： 模具分型面在模具設計模塊中點選分模工具，將上下模分離。模具最終造型：23 / 49 摸 模24 / 495 葉片加工工藝分析及模具數(shù)控加工仿真葉片類零件是飛機發(fā)動機的核心零件，廣泛應用于航空、航天和兵器制造等領域，其制造難度大。葉片加工一直是數(shù)控加工領域具有挑戰(zhàn)性的課題。工序復雜，加工工藝正在不斷的改進。 葉片結構工藝分析 典型的葉片結構分析和機械工藝性評價該葉片屬于典型的薄壁復雜曲面零件，如圖 。葉片主要有葉身、椽板、榫頭三部分組成。葉身的表面是由三維自由曲面生成。葉身部分分為葉盆、葉背、前緣頭(進氣邊)、后緣頭(排氣邊)127]。該葉片是最大長度為 225，最大厚度 —，長寬比例 3:1，葉片本身的剛性并不好，在加工中會產(chǎn)生變形，因此必須在機床調(diào)整、夾具設計和加工參數(shù)等方面做適當?shù)恼{(diào)整，以減小變形，達到規(guī)定的加工要求。按設計圖紙型面和凸肩的尺寸公差要求，余量控制在 2以內(nèi)，并用三坐標檢測，應該符合形狀、尺寸和余量要求。從以上分析不難看出，該葉片屬薄壁零件，導致數(shù)控加工工藝復雜、編程難度明顯增大。 圖 發(fā)動機葉片25 / 49 葉片加工中的技術要求葉片類零件的技術要求中內(nèi)容像常規(guī)零件一樣，包括尺寸、形狀、位置、粗糙度等幾何方面的技術要求，也包括機械、物理、化學性能等方面的技術要求，后者主要取決于毛坯的材料，也受工藝方法的影響。葉片的幾何工藝近似于標準件的技術要求。良好的氣動性能要求葉片的表面光順。精度要求一般只要集中在葉身表面、榫頭的表面和兩個側面，一般表面粗糙度要求應高于 。葉身部分的光順是葉片氣動性能的關鍵，截面間的型面平滑過渡，葉身表面波紋度和兩個椽頭按標準件驗收，櫞板的邊緣部分上不允許有橫向加工軌跡。葉身的表面紋理力求統(tǒng)一，統(tǒng)一的流水線是最好的表面紋理，限制了走刀方向。截面型面的扭轉(zhuǎn)變形不宜超過 12’。葉片的中心線與榫頭中心線在葉片縱向上按節(jié)可有不同的微量偏移，以榫頭的垂直于中心軸的截面為檢查面。進氣邊和排氣邊對氣流的暢通有重要的影響，其圓度也是按照標準件要求。榫頭部分主要是為了加工時的定位和裝夾，榫頭的表面有定位螺紋孔。規(guī)定葉片的檢查基準和檢查各個面時的容差，后者各個面不同。葉片有輪廓度的要求，輪廓度規(guī)定了前后緣頭厚度的變化速度。規(guī)定做一記號的面，以便后續(xù)檢查和安裝。 工藝路線的擬訂葉片數(shù)控加工技術是以鍛造毛坯為基礎，經(jīng)過粗、半精、精加工等多道加工工序，以數(shù)控銑削方式將葉型加工至最終尺寸。與傳統(tǒng)拋光工藝相比，葉片數(shù)控加工技術要實現(xiàn)葉身曲面“無余量”數(shù)控加工，對數(shù)控加工工藝技術和編程技術有更高的要求，首先必須解決葉片的精確定位和變形控制等工藝難題。 加工階段的劃分粗加工:切兩端，鉆兩端中心孔，車葉片兩端軸頸?；鶞始庸?研磨中心孔，銑工藝平面，磨削軸頸平面，磨削兩端軸頸。精加工:銑葉身，拋光和拋修，研磨中心孔，磨兩端軸頸，銑軸頸平面。輔助工序安排:熒光檢查，振動光飾，清洗，打磨，工序檢驗，最終檢驗。數(shù)控加工工藝路線:粗銑進、排氣邊一粗銑葉身型面一精銑葉身型面~精銑型面與櫞板轉(zhuǎn)接 R。26 / 49 工藝基準及其選擇葉片的工藝基準指葉片在加工、度量和裝配時所用的基準。根據(jù)其用途不同，葉片的工藝基準又分為定位基準、度量基準和裝配基準。定位基準決定了毛坯或半成品在機床或夾具上加工時工件與刀具的相對位置。定位基準分為粗基準和精基準。(l)在葉片的加工中，粗基準的作用主要有以下功能:1)保證加