F414-GE-400发动机，用于“超 发动机，用于“ 发动机 级大黄蜂” 级大黄蜂”F/A-18E/F
F119-PW-100 用于 用于F-22
WS-500 用于 用于C602巡航导弹 巡航导弹
怎么制造？
• 1、电子束焊接法-即采用此法制造,即先 将单个叶片用电子束 焊接成叶片环，后用 电子束焊接技术将轮 盘腹板与叶片环焊接 成整体叶盘结构。这 种整体叶盘结构比传 统的榫头连接的叶盘 转子结构重量减轻30%， 并可根除榫槽断裂危 险。(应用型号—— EJ200)
• 此外，顺铣方式能明显减少加工振颤。双 面加工、减少刀具长度能有效减少刀具振 颤。进、排气边缘很薄，安排在叶片有一 定刚性的精加工前进行加工，能减少变形 与振颤。选择合理的切削参数，调整转速 和进给速度，可有效控制振动。
总结
• 本次讨论认识了整体叶盘的概念、特点及 应用，介绍了整体叶盘的三种制造方法， 并分析了其中焊接式整体叶盘的结构特点 和工艺难点。 • 希望与同学和老师进行更广泛的交流。
• 精加工另一面时，叶 片的刚性已经较差， 切削力作用在叶展的 端头，极易产生弹性 变形并同时伴随着振 颤，所以此面的加工 重点是控制变形与振 颤。叶片变形可直接 导致厚度尺寸超差； 而加工振颤可导致叶 片表面产生振纹（见 右图），并且容易使 刀具崩刃，严重影响 叶片表面质量。
• 采取在叶片通道间灌注 建筑用胶的方法，改变 了零件的阻尼特性，确 实有效降低了振颤，并 且使刀具转速达到了 1000r/min，进给达到 100mm/min。在此基础上 又改用其他稍硬的物质 填充在叶盘通道里（见 右图），既能明显减少 振颤，又能在叶片背面 形成有力的支撑，抵消 切削力造成的叶片弹性 变形，确保了叶片的厚 度。
另一方面也要考虑盘 体的锥度形成。采用 直径20-30mm左右的短 刀具最为适宜。 由于叶片的扭曲 造成叶片两面分为凹 面和凸面，考虑到机 床的摆角范围，所以 要安排双面加工。
• 粗加工刀具首先要控制刀长，采用较短的 刀具和直径较大的刀具，采用侧铣方式， 切削效率和减振效果会明显提高。 • 精加工叶片型面应选用底角R较大的刀具或 球头刀具，配合较小的行距，切出的曲面 会很光顺。
粗加工
加工方法： 加工方法： 多为钛合金、高温合 • 根据开式整体叶盘通道的 金等难加工材料。通 结构特点，西工大任军学、 道窄且深、开敞性差， 姜振南、姚倡锋、田荣鑫、 需采用细长刀具进行 田卫军提出了四坐标插铣 多坐标开槽粗加工。 开槽高效低成本粗加工方 法--通过叶盘叶片偏置面 的直纹包络面逼近，确定 实验表明，与传统的侧 叶盘通道粗加工区域，给 铣开槽粗加工相比， 采用四坐标插铣方式 出了四坐标插铣刀位轨迹 切削力可降低60%，粗 生成算法。 材料： 材料：
• 整体叶盘的工装设 计应能够满足角向 定位和分度的要求， 满足翻面定位夹紧 的要求，并能够满 足机床摆角后的行 程。右图为粗加工 时的状态及工装使 用的情景。
焊接后的整体叶盘 数控加工面临的困难是 切除摩擦焊产生的焊接 飞边，由于此飞边又细 又高又硬，铣削时很容 易崩刃，摩擦焊挤出的 飞边容易从根部折断而 将整体叶盘上的材料带 走，铣削效率极低。因 此采用线切割或其他方 式比铣削方式可能更合 适 整体叶盘粗加工的 目的就是要快速去除大 余量。粗加工主轴摆角 一方面要能够切到整个 叶片表面，
加工特性
• 整体叶盘毛坯一般采用高强度难加 工材料，不允许有裂纹和缺陷，叶 片薄、扭曲度大、叶展长、受力易 变形，而且由于叶片间的通道深而 窄、开敞性很差，材料切除率很高， 严重影响了数控铣削的可加工性。
毛坯
• （1）整体式毛坯——一般采用锻压技 术，锻造出一整块毛坯 • （2）焊接式毛坯——把采用不同性能 材料的盘体和叶片焊为一个整体，或 者把空心叶片焊在盘体上，以实现更 特殊的性能。
• 2、 线性摩擦焊接法 --它是先将叶片夹 紧在轮缘的叶根上, 并使轮盘周向以高 速振动,在叶片和轮 盘叶根界面产生一 个窄的摩擦加热区， 当加热区的温度达 到要求的温度时即 停止振动,叶片与轮 盘固定直至固结在 一起。
• 此法要比用实体毛坯加 工法更经济。欧洲战斗 机的EJ200 发动机的3级 低压压气机(右图)的整 体叶盘是线性摩擦焊接 技术成功应用的顶极标 志。 • 目前罗-罗公司和 MTU公 司已用 LFW技术成功地 制造了宽弦风扇整体叶 盘，并将为JSF的发动机 提供LFW整体叶盘。用 LFW技术可从发动机上更 换掉被鸟撞损坏的叶片， 也可用LFW技术将叶片与 用不同材料制造的轮盘 焊接在一起，以获得最 佳的减重效果。
航空发动机制造术—— 整体叶盘
什么是整体叶盘？
有什么优点？
1 省去了传统连接的榫头和榫槽形式， 简化了航空发动机结构，可使压气机 重降30%，提高了发动机推重比。 2 提高了结构的气动效率
3 整体叶盘的刚性好，平衡精度高， 延长转子使用寿命和提高可靠性。
应用
• 新型航空发动机设计 中普遍采用整体叶盘 结构。例如F414发动 机(右图)采用了共5级 的整体叶盘。 • 根据美国国防部的高 性能涡轮发动机技术 的第3阶段计划，到 2020年，战斗机上安 装的发动机涡轮都将 采用整体叶盘结构。
• 3、五坐标计算机数控 加工加工技术--采用 经模锻的高温合金或 钛合金实体整体叶盘 毛坯经五坐标数控加 工技术成形。此种方 法要切掉大量金属材 料，价格昂贵。
• 国内外整体叶盘制造采用的主要工 艺有：精密铸造、数控铣削、电解 加工、电火花加工等。这些工艺各 有其优缺点，而数控铣削加工灵活 快速、可靠性高，因此发达国家多 采用五坐标数控铣削加工整体叶盘。
加工效率提高1倍以上 。
整体叶盘数控加工工艺设计
• • • • • 1 2 3 4 5 选择合适的机床 设计专用工装 数控铣削加工工艺过程 选择合适的刀具 采取有效的减振与变形控制措施
• 对整体叶盘进行数 控铣削最理想的机 床应该是带转台和 主轴、能够摆角的 五坐标卧式加工中 心，并且主轴的摆 角范围要足够大， 能够实现立卧转换。