闭式叶轮加工技术研究

1 叶轮概况

    叶轮广泛应用于各种发动机泵体，是泵体供油的关键零件，典型应用包括膨胀机、泵、流程压气机、涡轮和涡轮喷嘴。工作原理是通过高速旋转，将燃油由叶轮进油口带入，再由出油口喷出，由于进油口横截面大于出油口横截面，燃油在这一过程中得到加压，产生强大压力由出油口喷出。其制造精度直接影响泵体的工作效率。因此是泵体能否达到设计要求的关键零件。

    目前，由于其结构多为外窄内宽型式，叶轮多采用两体加工，经过焊接成为整体。这就使得叶轮在设计时就必须考虑叶轮材料要有良好得焊接性能，这样，材料特性就必须兼顾焊接性能和机械性能。如广泛应用的铝合金6A02其特性为：中等强度，焊接性能好，用于制造高塑性，高耐蚀性、中等负荷的零件及构件。但经过试验，叶轮在高转速条件下存在气蚀和腐蚀现象（如图1）。大大降低整个泵体的工作效率，同时对其它零件造成一定的影响，降低泵体的使用寿命。而为避免气蚀和腐蚀现象选用其它材料如2A70，TC4等材料，不是焊接性能较差，就是制造成本增加。而且，焊接时的高温使叶轮组件产生退火。为保证硬度需重新进行淬火。淬火后表面形成氧化皮，需由钳工挫修表面达到尺寸要求。造成叶轮叶型尺寸不一致，曲面误差大，影响叶轮工作效率（如图2）。因此，考虑将叶轮由传统的两体结构改为闭式整体结构。这样，在材料的选择上，就可以不考虑材料的焊接性能，只考虑材料的机械性能。选择较高的机械性能克服在工作中产生的气蚀和腐蚀现象。

    图1 闭式叶轮

    图2 分体叶轮状态图

2 闭式叶轮优点

    完整的闭式叶轮零件相比于那些轮盖和轮盘单独加工又组装的叶轮具有很多的优势。包括通过整体加工，可减化叶轮制造工序，降低机械加工难度，缩短生产周期，降低生产成本。而且，闭式叶轮部件可以避免焊接造成的热变形，比装配叶轮结合缝位置也更加牢固。由于闭式叶轮采用整体加工成型，加工后叶型曲面误差小，在一次装夹加工成型的情况下，叶型沿圆周分部均匀，动平衡时去除质量较少。

    又因闭式叶轮避免了焊接，因此材料选择范围增大。目前因钛合金材料具有良好的综合性能，在多种环境中有优良的抗腐蚀性能，已广泛应用于航空航天尖端领域，但由于其焊接性能相对其它材料较差，在叶轮加工领域应用较少，但随着整体闭式叶轮加工技术的发展，五轴数控加工技术的日趋完善，使整体钛合金闭式叶轮加工变为可能。因此，整体闭式钛合金叶轮(图1)是此次闭式叶轮加工技术研究的重点。