單晶低壓渦輪葉片葉尖封嚴(yán)齒圓弧緩進(jìn)磨削加工方法

吳宏春　孟　輝　李鳳清　陳靖波　閆德海（1.駐沈陽(yáng)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽(yáng) 11004；2.東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000；.中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 11004）

單晶低壓渦輪葉片葉尖封嚴(yán)齒圓弧緩進(jìn)磨削加工方法

吳宏春1，2孟輝3李鳳清3陳靖波3閆德海3
（1.駐沈陽(yáng)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110043；2.東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000；3.中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

本文利用MKL7150單面緩進(jìn)磨設(shè)備具備三軸聯(lián)動(dòng)的功能，編寫(xiě)了圓弧加工程序，試驗(yàn)了加工參數(shù)，完成了某單晶低壓渦輪葉片葉尖封嚴(yán)齒圓弧的緩進(jìn)磨加工。實(shí)現(xiàn)了在平面數(shù)控磨床進(jìn)行圓弧加工的技術(shù)。本文總結(jié)了低壓渦輪葉片葉尖封嚴(yán)齒圓弧的緩進(jìn)磨加工可行性分析、工裝的改制以及加工參數(shù)的選擇。通過(guò)改進(jìn)，完成了緩進(jìn)磨設(shè)備進(jìn)行圓弧加工功能的開(kāi)發(fā)工作，解決了該葉片加工的瓶頸問(wèn)題。本文針對(duì)如何防止單晶材料在磨削中因磨削熱及切削產(chǎn)生材料塑形變形而產(chǎn)生再結(jié)晶進(jìn)行了加工參數(shù)試驗(yàn)，強(qiáng)冷卻試驗(yàn)，及再結(jié)晶試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證獲得了沒(méi)有再結(jié)晶的合理可行的加工工藝參數(shù)。為今后其他類型葉片的加工奠定了基礎(chǔ)。

封嚴(yán)齒；圓弧；程序；參數(shù)；單面緩進(jìn)磨；單晶

1 引言

某低壓渦輪葉片，采用DD6單晶高溫鑄造合金。其結(jié)構(gòu)為樅樹(shù)型榫頭，葉身為帶排氣縫的空心無(wú)余量鑄造，帶有鋸齒形葉冠，葉冠上表面留有圓弧形封嚴(yán)齒。

國(guó)內(nèi)對(duì)單晶葉片制造處于研制階段，由于國(guó)外的技術(shù)封鎖，目前尚未掌握價(jià)格經(jīng)驗(yàn)。另外，葉片磨削燒傷與磨削裂紋是葉片加工的難題。

單晶技術(shù)的關(guān)鍵是避免葉片的再結(jié)晶。生產(chǎn)過(guò)程中的切割、打磨、加工、周轉(zhuǎn)等過(guò)程都容易產(chǎn)生再結(jié)晶，如何避免再結(jié)晶是研制中的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，摸索出一套適合于單晶材料葉片裝夾、測(cè)量、包裝、規(guī)律。同時(shí)對(duì)所用工裝進(jìn)行了夾緊可靠性試驗(yàn)，保證葉片在夾緊過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)塑性變形。另外，針對(duì)葉片材料特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備的冷卻系統(tǒng)要求嚴(yán)格，對(duì)所加工的型面最后進(jìn)行隨型冷卻，保證冷卻效果，避免因過(guò)熱造成燒傷和裂紋。通過(guò)加工試驗(yàn)證明采用緩進(jìn)磨加工出的零件表面質(zhì)量明顯好于普通磨床，就是冷卻效果不同產(chǎn)生的結(jié)果。

低渦葉片葉尖圓弧形封嚴(yán)齒，其傳統(tǒng)的加工方法是采用在低渦盤(pán)或工藝低渦盤(pán)上按低渦盤(pán)組件裝配工藝進(jìn)行部件傳裝后，進(jìn)行組件狀態(tài)的外圓磨加工。但制作工藝盤(pán)夾具及配套零、部件所需周期長(zhǎng)、成本高、難度大。通常，單面緩進(jìn)磨用來(lái)加工復(fù)雜形狀的平面尺寸。若具備三軸聯(lián)動(dòng)功能，通過(guò)圓弧插補(bǔ)，采用程序控制可實(shí)現(xiàn)單面緩進(jìn)磨床上加工葉片葉尖封嚴(yán)齒圓弧。

MKL7150設(shè)備具備三軸聯(lián)動(dòng)功能，若對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)某低渦葉片圓弧封嚴(yán)齒的加工。本文主要總結(jié)了加工某低渦葉片圓弧封嚴(yán)齒過(guò)程中，加工程序的編制，夾具的改進(jìn)，參數(shù)的設(shè)定等內(nèi)容，根據(jù)制定的措施及試驗(yàn)方案，對(duì)完成加工工序后的試驗(yàn)件進(jìn)行再結(jié)晶試驗(yàn)，葉片加工面沒(méi)有再結(jié)晶層，完全符合技術(shù)條件要求。其試驗(yàn)結(jié)果表明我們所選參數(shù)正確、工裝裝夾可靠、加工方法可行，可以進(jìn)行加工參數(shù)的固化，并應(yīng)用于正式件的生產(chǎn)。

表1

2 試驗(yàn)加工

2.1 加工設(shè)備情況

單面緩進(jìn)磨設(shè)備具備三軸聯(lián)動(dòng)功能，具有圓弧插補(bǔ)功能，采用合理的程序編制，可實(shí)現(xiàn)圓弧加工。該設(shè)備配備一個(gè)主軸和一個(gè)安裝在工作臺(tái)上的金剛石滾輪修整器。結(jié)構(gòu)為臥式結(jié)構(gòu)，通過(guò)安裝在滾輪修整器上的金剛石滾輪修整砂輪，進(jìn)行磨削加工。

2.2 工裝

原有工裝以榫齒作為定位和壓緊機(jī)構(gòu)，葉冠為輔助定位和輔助壓緊。因該葉片徑向長(zhǎng)度較長(zhǎng)（約130mm），該夾具結(jié)構(gòu)受葉片偏擺的影響，以榫齒定位后，葉冠的擺動(dòng)公差較大（0mm～0.5mm），因此無(wú)法直接使用它進(jìn)行加工。

根據(jù)尺寸鏈分析計(jì)算，將榫齒定位塊拆除，更換榫頭緣板定位模塊；將葉冠的輔助定位鎖緊，起定位作用，增加榫頭頂面定位模塊。此定位結(jié)構(gòu)消除了偏擺公差對(duì)冠頂圓弧尺寸公差的影響。

2.3 砂輪及冷卻液的選擇

針對(duì)單晶材料，采用大氣孔超軟砂輪進(jìn)行加工。采用棕剛玉和白剛玉混合磨料的砂輪（牌號(hào)WA/PA100/80F9V35）進(jìn)行試驗(yàn)；冷卻液選用進(jìn)口馬斯特系列產(chǎn)品中的水基合成液（牌號(hào)C270）作為磨削專用冷卻液，冷卻液出口壓力為0.8MPa。

在夾具上安裝隨型導(dǎo)流板，保證冷卻液最大可能的通過(guò)工件被加工面，及時(shí)帶走切削熱并潤(rùn)滑加工面，減少因摩擦產(chǎn)生的熱量，盡可能避免磨削熱導(dǎo)致的熱裂紋。

2.4 加工參數(shù)的選擇

根據(jù)緩進(jìn)磨加工單晶材料其他表面的加工參數(shù)，選擇的加工參數(shù)見(jiàn)表1（兩刀修一次）。

結(jié)論

采用單面緩進(jìn)磨設(shè)備，通過(guò)編寫(xiě)圓弧加工程序，采用改進(jìn)工裝和對(duì)比測(cè)量方法，能夠完成某低壓渦輪工作葉片葉尖圓弧封嚴(yán)齒的加工。

通過(guò)對(duì)磨削后的試驗(yàn)件進(jìn)行再結(jié)晶檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)再結(jié)晶；經(jīng)過(guò)對(duì)磨削后的試驗(yàn)件進(jìn)行熒光檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)磨削燒傷和裂紋，根據(jù)熒光檢查及再結(jié)晶檢測(cè)結(jié)果確定了磨削試驗(yàn)中所給定的加工參數(shù)可行。

采用MKL7150單面緩進(jìn)磨設(shè)備能夠完成低壓渦輪工作葉片葉尖封嚴(yán)齒圓弧的加工。

[1]劉艷，等.葉片制造技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[2]郭文有，等.航空制造工程手冊(cè)·發(fā)動(dòng)機(jī)葉片工藝[M].北京：航空工業(yè)出版社.

[3]航空工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1978.

[4]常書(shū)易.葉片測(cè)量技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1984.

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