涡轮叶片加工工艺研究报告
强度和刚度：加工余量的选择会影响叶片的内部应力分布。如果余量不合理，可能导致加工后的叶片内部存在残余应力，影响叶片的强度和刚度。例如，余量过大时，切削去除的材料较多，可能会引起叶片局部过热，产生热应力，降低叶片的强度。而余量过小，可能无法消除锻造过程中产生的内部缺陷，同样会影响叶片的强度和刚度。
疲劳性能：涡轮叶片在工作过程中承受循环载荷，疲劳性能是其重要的性能指标之一。加工余量的选择不当可能会导致叶片表面存在微观缺陷或应力集中，降低叶片的疲劳寿命。例如，余量过大可能使叶片表面粗糙度增加，容易产生疲劳裂纹的萌生点；余量过小则可能无法去除潜在的疲劳源，如微小的铸造缺陷等。
高温合金材料的难加工性：涡轮叶片通常采用高温合金材料，这种材料具有硬度高、强度大、导热性差等特点，加工难度较大。加工余量的选择需要考虑材料的加工性能，余量过大可能会增加刀具的磨损和加工成本，同时也会延长加工时间，降低生产效率。而余量过小，可能会因为材料的难加工性而无法保证加工质量。
材料的回弹变形：叶片片身比较薄，且为高温合金材料，精密锻造开模后会出现不规律应力回弹变形。加工余量的选择需要考虑这种回弹变形的影响。如果余量过小，可能无法弥补回弹变形量，导致叶片加工后的尺寸不符合要求。而余量过大，又会增加加工成本和难度。
涡轮叶片是增压器实现能量转换的关键部件，其性能直接影响增压器的效率、可靠性和使用寿命。叶片的形状、材料和加工工艺决定了增压器的性能指标，如膨胀比、输出功率等。
精密铸造成型
叶片叶身不用加工，仅需磨削加工榫齿，加工工艺相对简单。
但铸造成型的叶片性能较低，适用于膨胀比低的增压器。
锻造成型
能够满足高膨胀比增压器的性能要求。
然而，加工方法中叶片需留 4mm 以上加工余量，采用五轴加工中心铣削叶身型面，加工效率低且成本高。
先铣削加工叶片进出气边的锻造飞边，然后通过缓进磨床加工叶片根部榫齿，最后以榫齿定位夹持，用线切割机床去除叶片端部工艺定位点。
挑战
进出气边需要圆角过渡，对过渡形线精度要求严格，增加了加工难度。
叶片由曲面和斜面组成，重复定位精度有偏差。
叶片片身薄，存在应力回弹变形，可能导致欠切或过切。
高温合金材料难加工，加工刚性不足。
进出气边曲面为空间曲面，需四轴联动插补加工，对工装要求高。
解决方案
采用四轴加工中心完成锻造飞边加工，降低成本。
设计定位准确、夹持可靠的旋转工装。
编制合理的四轴叶片进出气边曲面加工程序。
叶片曲面位置精密锻造成型，留有 4mm 飞边和工艺定位点，为后续加工提供基础。
对 DMG MORI 的 DMC63V 立式加工中心进行改造，加装第四轴成为四轴加工中心，采用 FANUC 0i MD 数控系统，提高加工的灵活性和精度。
考虑到叶片进出气边的圆形曲面加工和工装干涉问题，采用 8mm 球头铣刀，经对比选用蓝帜 LC630T 45A 球头铣刀进行粗、精加工。
使用 UG 软件进行三维建模、装配验证、二维图样生成、程序编制及刀具路线模拟验证等工作，为加工提供全面的技术支持。
重复定位精度偏差问题
由于叶片所有位置由锻造完成，全部由曲面和斜面组成，使得重复定位精度难以保证。工艺定位点的局限性
叶片两端的工艺定位点过小，只能用于辅助定位校准，不能作为主定位装夹使用。应力回弹变形影响
叶片片身薄且为高温合金材料，精密锻造开模后会出现不规律应力回弹变形，导致加工编程难度增加。加工刚性不足
叶片片身薄和材料特性使得加工刚性不足，影响加工质量和效率。空间曲面加工要求
进出气边曲面为空间曲面，需要四轴联动插补加工，同时要求工装旋转轴线与叶片模型中心轴线完全重合。加工刀具无干涉要求
四轴加工中心加工需保证加工刚性的同时，确保加工刀具无干涉。工装的校正基准需求
工装需要具有旋转轴心和角度位置校正基准，以保证加工精度。悬伸过长问题
旋转式工装存在悬伸过长的问题，需保证工装的刚性和与机床旋转轴的连接刚性。
圆形主体设计
工装采用圆形主体，可旋转加工并具备旋转轴心和角度位置校正基准。与机床旋转轴连接，采用一夹一顶的方式，保证换模简单高效和加工刚性。与机床连接方式
在工装下模板加工环形槽，与机床旋转轴的卡盘连接，确保工装与机床连接的刚性。主定位夹持部位选择
经过多次三维扫描对比和测量分析，确定叶片大端榫槽两侧锥面为毛坯误差最小位置，作为工装主定位夹持部位。加工相符合的凹槽作为主定位基准，两端锥面保证叶片径向定位，加两个定位凸台保证叶片轴向定位。夹紧方式设计
工装设计连接上模，在上模板上攻螺纹。根据叶片曲面角度，采用螺栓压紧方式夹紧工件，并去除工装加工干涉位置。辅助支撑曲面设计
针对叶片片身薄和应力回弹变形问题，在叶片曲面位置按叶片设计模型加工出辅助支撑曲面。形状按叶片叶背三维模型加工，保证与叶片叶背曲面完全贴合，通过多点位螺栓压紧校正叶片变形，提高加工刚性和稳定夹持。
启动 UG 软件，打开叶片毛坯模型，进入加工模块。将坐标系设置到工件榫齿下面中心位置，回转工作台回转中心，并将 X 轴零点位置偏移到工装后端面，方便加工中坐标系建立。
采用多轴加工模块中的曲面区域驱动加工方式编制程序。由于只加工叶片进出气边曲面，需创建两个曲面片体作为驱动加工的辅助编程曲面，保证与叶片模型进出气边曲率等参数相同且大于需加工区域。
加工部件体选择叶片模型，驱动曲面选择辅助编程曲面，投影矢量选择垂直于驱动体。为提高刀具使用寿命，刀轴选择相对于驱动体，调整侧倾角度和旋转角度，避开刀具中心切削。侧倾角度设置为 20°，旋转角度 -10°，前倾角度 0°（四轴加工不能有前倾角度），旋转轴选择 X 轴。
生成刀具轨迹后，进行刀具轨迹模拟。采用刀轨播放确定刀轨各位置状态，用 3D 模拟加工后部件状态，通过过切检测功能确认程序刀轨过切状态。
通过设计四轴加工中心旋转工装和编制叶片加工程序，解决了叶片加工中的问题。试制叶片经扫描确认，各项技术参数符合要求，一致性良好，现已批量生产使用。叶片加工成本比五轴加工降低了 78% 以上，效率提高约 2.5 倍，保证了生产周期，降低了产品加工成本。
本研究针对涡轮叶片加工工艺，特别是锻造成型叶片的新加工工序进行了深入分析和实践。通过采用四轴加工中心、设计合理的工装和编制精确的加工程序，成功解决了加工难度和成本高的问题。同时，采用株洲湘冶切削工具有限公司生产的 RPMT1204MO-CG-CG9555 铣刀片和 R6 铣刀片，进一步提高了加工效率和质量。这一研究成果为涡轮叶片的加工提供了新的思路和方法，对推动柴油机涡轮增压技术的发展具有重要意义。