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航空叶片抛光强度高、高低温性能好、耐腐蚀好
编辑:普茨迈磨粒流体抛光工业   时间:2016-09-26

叶片最终成形一直是航空发动机制造中的瓶颈技术,航空叶片抛光技术研究可以解决国内叶片主要依靠手工抛光所带来的一系列问题。本文对砂轮磨削、砂带磨削的工艺特点进行了介绍,并结合国内外抛光技术现状,针对航空叶片抛光的技术难点,总结出了航空叶片抛光技术的发展趋势,给航空叶片抛光技术从业人员指出了一个研究方向。
叶片是航空发动机零件中非常重要的一类零件,对发动机的性能起着关键的作用。航空发动机性能很大程度上取决于叶片质量,并且叶片的质量对发动机的安全性和可靠性也有直接影响。制造出几何精度高、表面质量好的叶片,对于提升航空发动机的性能和质量有着重要意义。压气机叶片不同部位在模拟状态下的气动情况如图1 所示,从中可以看出叶片进排气边进行气流切割时压强的剧烈变化。
航空发动机叶片属典型的薄壁复杂自由曲面零件,所使用的材料均为难加工材料,以叶片制造使用率最大的钛合金为例,钛合金具有重量轻、强度高、高低温性能好、耐腐蚀等很多优点,但其化学性质活泼,易与*具材料发生化学反应,导热系数和弹性模量不高,属于典型的难加工材料。从薄壁形零件的结构特点以及复杂自由曲面的加工特点考虑,影响其加工精度的因素主要有受力变形、受热变形、振动变形等因素。从以上分析可以看出,叶片的制造难度相当大,叶片最终成形一直是航空发动机制造中的瓶颈技术。
目前,国内航空叶片抛光主要采用传统的手工抛光方式进行。去余量抛光分为粗抛光、半精抛光、精抛光3 个工序,预留余量为0.08~0.12mm。粗抛光主要进行叶型的大幅度修整,对型面的形状进行严格控制。半精抛光主要是消除前道工序的痕迹,降低粗糙度R a 值,修型作用较小。精抛光是在半精抛光的基础上对型面进行光饰,使其达到图纸规定的表面粗糙度要求。
无余量抛光也称光抛光,一般用较细的膏剂涂在羊毛毡轮或布轮上进行,主要是去除氧化膜,去除的金属很少(有时去除量几乎为零),但表面可以达到镜面光泽。
航空叶片抛光工序的任务量大,占用了大量的人力资源,手工抛光时产生大量粉尘,严重影响到了操作人员的健康。由于叶片的抛光质量由操作人员的熟练程度和操作技巧所决定,从而导致叶片的型面精度、表面质量等关键指标产生了人为的误差,影响了叶片的使用效果。进行叶片自动化抛光技术的研究,保证叶片制造质量,对我国的航空工业,乃至机械制造业的许多部门都有重要意义。
叶片是航空发动机零件中非常重要的一类零件,对发动机的性能起着关键的作用。航空发动机性能很大程度上取决于叶片质量,并且叶片的质量对发动机的安全性和可靠性也有直接影响。制造出几何精度高、表面质量好的叶片,对于提升航空发动机的性能和质量有着重要意义。压气机叶片不同部位在模拟状态下的气动情况如图1 所示,从中可以看出叶片进排气边进行气流切割时压强的剧烈变化。
空发动机叶片属典型的薄壁复杂自由曲面零件,所使用的材料均为难加工材料,以叶片制造使用率最大的钛合金为例,钛合金具有重量轻、强度高、高低温性能好、耐腐蚀等很多优点,但其化学性质活泼,易与刀具材料发生化学反应,导热系数和弹性模量不高,属于典型的难加工材料。从薄壁形零件的结构特点以及复杂自由曲面的加工特点考虑,影响其加工精度的因素主要有受力变形、受热变形、振动变形等因素。从以上分析可以看出,叶片的制造难度相当大,叶片最终成形一直是航空发动机制造中的瓶颈技术。
目前,国内航空叶片抛光主要采用传统的手工抛光方式进行。去余量抛光分为粗抛光、半精抛光、精抛光3 个工序,预留余量为0.08~0.12mm。粗抛光主要进行叶型的大幅度修整,对型面的形状进行严格控制。半精抛光主要是消除前道工序的痕迹,降低粗糙度R a 值,修型作用较小。精抛光是在半精抛光的基础上对型面进行光饰,使其达到图纸规定的表面粗糙度要求。
航空叶片抛光的技术难点
目前,航空叶片抛光的技术难点有以下几个主要方面:
(1)型面加工余量不均匀。精锻钛合金压气机叶片一般采用型面定位,然后进行榫头的加工,这一加工特点使得以榫头定位进行型面抛光时,由于基准转换带来了型面加工余量不均匀。同时型面受残余应力影响存在变形,尤其是压气机叶片,变形的数量级与叶片进排气边厚度在同一量级,达到0.1mm 以上。
(2)叶片进排气边缘曲率半径极小。小的压气机叶片有些甚至会达到R 0.1mm 级别。这就使得叶片进排气边缘在进行磨削时,必须采用很小的接触力进行磨削。此外,进排气边磨削时,边缘散热条件不好,叶片进排气边容易产生烧蚀。
(3)转接圆弧的形状复杂且半径很小。在叶片造型设计过程中,转接圆弧由流道型面和叶身型面圆滑过渡而成,其圆角为R 2mm 左右,曲率变化很大,给编程带来了很大困难。无论采用砂轮磨削还是采用砂带磨削的加工方法,砂轮或砂带压紧轮均需小于 4mm,砂轮或砂带压紧轮的研制难度、使用寿命都面临很大挑战。

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