小批量定制涡轮叶片的加工解决方案

项目背景

涡轮作为发动机引擎中的一个风扇部件，利用废气将燃料蒸汽吹入发动机，从而提升发动机性能。它广泛应用于各个领域，是飞机发动机、汽车发动机以及水下设备发动机的主要部件之一。今天要介绍的是一款定制化工业涡轮装置的加工过程，让我们一起来看一下这款零件的加工要点及解决方案。

涡轮部件加工注意事项

该涡轮部件有非常多的叶片，这些叶片非常薄且壁厚不均匀，中间还有一个需要与轴体装配的精孔。结合这款涡轮的结构特点和客户要求，韦克总结了加工过程中需要注意的几个方面。

1.材料选择

由于该涡轮部件主要用于工业发动机，对材料的硬度、强度及耐用性都有着严格要求，因此韦克建议选择 AL6061-T6 铝合金。这种材料不仅具有高强度和耐腐蚀的特性，还具备良好的加工性能，广泛适用于各种工业结构。此外，涡轮的结构复杂，包含许多壁厚不均的叶片和精密孔洞，对材料的加工性提出了更高要求。AL6061-T6以其卓越的物理性能和出色的可加工性，能够充分满足涡轮部件的制造需求。

2.加工精细的小孔

根据装配图，涡轮机上有一个直径为17mm的孔需要与轴承精密装配，为了使轴承能够平稳旋转，该孔的精度需要达到H7，同时涡轮机中心有一个直径为45mm的孔需要与轴精密装配，同样该孔的精度也是H7。

然而，在铣削加工这些细小的孔时，产生的振动会影响孔的精度。 因此，精密车削是保持这些孔的精度的更好选择。

此外，我们在图纸中可以看出，涡轮机的另一面还分布着几个直径为φ2的H7精孔。这些小孔由于孔径太小，无法用车床加工，需要选择用直径同样为φ2的铰刀在铣床上进行铰孔，从而实现直径为φ2的精孔加工。

3.薄壁结构加工

从图片可以看出这些叶片的厚度为1.1mm-0.48mm，壁厚非常薄且壁厚不均匀。在加工这些叶片时容易出现破壁或者形变量过大的问题。因此我们在编排叶片的加工工艺时，结合会出现的问题，对于刀具加工路径的参数进行了不断地调整和尝试，最终测试出了最合适的加工参数。

4.小批量生产加工方案

该涡轮结构件数量为41件，属于小批量加工，因此需要寻找合理的加工方案，提高加工效率。

经过韦克工程师的专业分析，制定出了一个高效的加工方案–CNC车铣复合加工。选择理由如下：

• 涡轮上分布着许多壁厚不均匀的叶片，必须通过CNC铣削加工。
• 该结构分布了大量精细孔位，孔与孔之间的同心度公差要求较高，采用CNC车削可以保证这些细小孔位的精度和同轴度。

因此，对于需要铣削和车削的零件，采用车铣复合加工是最具成本效益的。

如何实现涡轮加工件的质量控制？

为了保证涡轮部件能与其他零件准确装配和顺利旋转，需要保证同轴度和垂直度。

以φ90mm的窄圆柱面为基准面A面（绿色面），检测φ8mm的圆柱面（黄色面）的同轴度和检测φ94的圆的平面（红色面）的垂直度。然而基准面非常小，只有0.5mm宽，检测时很难取点，下面我们来看看维克是如何解决这个问题的。

同轴度检测

一般情况下，我们选择用三次元检测同轴度。从3D图中可以看出A基准面的宽度只有0.5mm, 取点的探针探头最小的尺寸是1mm, 探头尺寸过大，很难准确取点。

但同时我们可以看到A基准面的下方是一个避空结构，用1mm的探头取点不会受到阻碍，可以顺利取出一个完成的圆的轮廓的数据。这样就能顺利检测出以A面为基准面，φ8mm的圆柱面的同轴度。

垂直度检测

垂直度以φ90mm的窄圆柱面A面为基准面，检测基准A与φ94（红色面）的圆的平面。

同样，我们也会选择用三次元检测垂直度。在这里，由于探头尺寸过大，无法检测出这两个面的垂直度。因此我们需要采用光学测量机（OMM）进行检测，通过OMM能够获取完整的基准面A面圆柱面的检测数据，从而检测出与φ94的圆的平面的垂直度。

FAI确认及正式小批量生产

我们按照计划的加工方案生产了一套首件检验件（FAI），并由质量部门对其进行了详细检查，确保所有细节都符合要求后，将FAI发给客户确认。客户收到FAI后，对此进行了检查和试装，他们对FAI及我们的小批量加工方案都非常满意。这款涡轮件很快就进入了正式的小批量生产阶段，并按时交货。

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