CN103056782A - 一种磨粒流加工控制叶片气膜孔重熔层去除量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于叶片加工技术领域，具体涉及一种磨粒流加工控制叶片气膜孔重熔层去除量的方法。本发明的步骤是：解剖叶片气膜孔并进行金相检测，得到气膜孔重熔层厚度最大值的平均数δ，选取五组直径为D的叶片气膜孔，采用磨粒流设备对每组叶片气膜孔进行磨削加工，控制五组叶片气膜孔孔径为D+δ、D+1.5δ、D+2δ、D+2.5δ和D+3δ，对加工后的叶片气膜孔纵向解剖并进行金相检测，确定磨粒流加工控制加工后的叶片气膜孔为D+2δ时，重熔层的去除量最佳、效率最好，照此原则对批量加工的叶片气膜孔加工。本发明采用磨粒流机械方法去除重熔层，没有电化或化学方法去除重熔层带来的晶界腐蚀隐患，方法简单，无需增加清除和检测腐蚀的工序，保证了叶片的使用可靠性。
Description
技术领域
本发明属于叶片加工技术领域，具体涉及一种磨粒流加工控制叶片气膜孔重熔层去除量的方法。
背景技术
发动机的涡轮叶片是发动机能够实现热力循环的关键零件，在发动机工作过程中，随着涡轮前温度的不断提高，以及受发动机燃烧室温度场不均、涡轮叶片材料自身抗高温能力的限制，叶片自身的冷却是解决耐高温问题的关键。目前改善叶片自身冷却性能的方法是在叶片的叶身一侧加工若干个冷却气膜孔，以实现气膜冷却，降低叶片温度，因此，涡轮叶片冷却气膜孔的加工质量严重影响了发动机的可靠性。目前，批量加工涡轮叶片气膜孔的方法多是采用电火花加工，利用放电时局部瞬间产生的高温把金属蚀除下来，在叶片上形成熔融的直径在0.3-0.6mm之间的气膜孔，但是这种方法存在的问题是气膜孔孔壁表面上的合金熔融后再经冷却，会形成一层不规则的渣晶粒，也就是常说的重熔层，由于重熔层的晶粒不规则，晶间间隙很大，会形成不易被肉眼所察觉的微裂纹，叶片的整体机械性能受此影响，很容易出现叶片疲劳断裂，导致发动机空中停车，带来巨大的安全隐患和经济损失。
针对上述问题，目前的解决方法有两种，一是通过电化学或电解方法将重熔层去除，，二是直接向气膜孔中加入特别配制的腐蚀液，腐蚀掉重熔层，但是由于气膜孔的直径只有0.3-0.6mm，重熔层也非常薄，对孔壁质量的检查也需要破坏性试验，致使叶片气膜孔重熔层的去除质量不可控，采用上述方法无法很好地控制重熔层去除量，反而会给晶界带来腐蚀隐患，过腐蚀会伤害到叶片本体，反而起到反作用。
现有技术中还可以采用磨粒流加工去除叶片气膜孔重熔层，其中去除量与加工时磨料磨损程度、磨料容量、工作压力、磨料型号、磨削次数、设备自然升温和环境温度有关，磨料的损耗程度影响磨削质量，因设备自然升温引起的磨料黏度下降，降低磨削力，影响磨削质量，叶片不同气膜孔承受的内压不同，同等条件下的磨削量也不同，现有的磨粒流加工方法通常会通过调节这些参数，不断平衡这些因素，以达到最佳的磨削量，但是这些因素通常是不可控的，对于不同的气膜孔，每次都要调节试验参数，费时费力。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种磨粒流加工控制叶片气膜孔重熔层去除量的方法，目的是首先通过确定重熔层的去除量，然后采用磨粒流加工机械方法去除气膜孔重熔层，保证叶片使用的可靠性。
实现本发明的技术方案按照以下步骤进行：
（1）首先将至少10个经电火花加工后直径为D的叶片气膜孔纵向解剖，并对解剖后的气膜孔壁进行金相检测，在金相图上得到气膜孔重熔层厚度最大值的平均数δ；
（2）选取五组，每组至少10个直径为D的叶片气膜孔，采用磨粒流设备，在6.5MPa的条件下，对每组叶片气膜孔进行磨削加工，在加工过程中，实时利用光面塞规对每一次磨削后的气膜孔孔径进行测量，控制第一组叶片气膜孔孔径为D+δ，第二组叶片气膜孔孔径为D+1.5δ，第三组叶片气膜孔孔径为D+2δ，第四组叶片气膜孔孔径为D+2.5δ，第五组叶片气膜孔孔径为D+3δ；
（3）将上述经磨粒流加工后的每组叶片气膜孔纵向解剖，对解剖后的经磨粒流加工的气膜孔壁进行金相检测，在金相图上观察每组气膜孔重熔层的厚度，并得到每组的气膜孔重熔层平均去除量d，将每组的d值与气膜孔重熔层厚度最大值平均数δ相比较，其中，D+δ和D+1.5δ组的重熔层平均去除量d＜2δ， D+2.5δ和D+3δ组的重熔层平均去除量d＞2δ，而D+2δ组的重熔层平均去除量d≈2δ，即确定当磨粒流加工控制加工后的叶片气膜孔为D+2δ时，重熔层的去除量最佳、效率最好；
（4）将进行批量加工的叶片气膜孔置于磨粒流设备中，在6.5MPa的条件下，对叶片气膜孔进行磨削加工，在加工过程中，实时利用光面塞规对每一次磨削后的气膜孔孔径进行测量，向加工中直径最先达到D+2δ的气膜孔中塞入弯成U型的钢丝，直至所有待加工的气膜孔孔径均达到D+2δ，停止磨粒流加工，气膜孔内的重熔层全部去除。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
首先，本发明的技术方案是采用磨粒流机械方法去除重熔层，没有电化或化学方法去除重熔层带来的晶界腐蚀隐患，方法简单，无需增加清除和检测腐蚀的工序，保证了叶片的使用可靠性；
其次，现有的磨粒流加工方法是通过控制调节磨料磨损程度、磨料容量、工作压力、磨料型号、磨削次数、设备自然升温和环境温度等参数，以达到最佳的磨削量，但是这些因素通常是不可控的，致使重熔层的去除效果并不好，而本发明方法中，不控制这些参数，直接通过试验和统计等方式，确定磨粒流加工的最佳去除量，则无需刻意控制磨削加工的加工参数，只要达到合格的切削量，即视为达到了完全去除重熔层这一技术效果；
对采用本发明方法进行磨粒流加工后得到的去重熔层的气膜孔进行解剖，进行金相检测，观察到叶片气膜孔内壁确实达到了光整加工、孔口倒圆、去除毛刺的效果，因磨料的多次挤压，孔壁还获得了挤压应力，彻底满足了涡轮叶片气膜孔无重熔层和微裂纹的质量要求。
附图说明
图1是本发明实施例步骤（1）中对气膜孔进行金相检测的金相图示例；
图2是本发明实施例步骤（3）中第一组对气膜孔进行金相检测的金相图示例；
图3是本发明实施例步骤（3）中第二组对气膜孔进行金相检测的金相图示例；
图4是本发明实施例步骤（3）中第三组对气膜孔进行金相检测的金相图示例；
图5是本发明实施例步骤（3）中第四组对气膜孔进行金相检测的金相图示例；
图6是本发明实施例步骤（3）中第五组对气膜孔进行金相检测的金相图示例；
图7是本发明实施例步骤（4）中采用光学显微镜得到的磨粒流加工后的气膜孔壁形貌图；
图8是本发明实施例步骤（4）中采用扫描电镜得到的磨粒流加工后的气膜孔壁形貌图。
具体实施方式
本发明实施例中磨粒流加工采用的磨粒流设备型号是MLL60E,磨料型号是B500，磨流容量是2200ml。
光学显微镜型号是BX51M；
扫描电镜型号是SUPRA55。
以DZ22合金为材料的高压涡轮叶片气膜孔加工为例，对本发明的实施方式做进一步说明。
实施例1
（1）首先将10个经电火花加工后直径为Φ0.3mm的叶片气膜孔纵向解剖，并对解剖后的气膜孔壁进行金相检测，在如图1所示的金相图上得到气膜孔重熔层厚度最大值，并计算最大值的平均数为0.03mm；
（2）选取五组，每组10个直径同为Φ0.3mm的叶片气膜孔，采用磨粒流设备，在6.5MPa的条件下，对每组叶片气膜孔进行磨削加工，在加工过程中，实时利用光面塞规对每一次磨削后的气膜孔孔径进行测量，控制第一组叶片气膜孔孔径为（0.3+0.03）mm，第二组叶片气膜孔孔径为（0.3+0.045）mm，第三组叶片气膜孔孔径为（0.3+0.06）mm，第四组叶片气膜孔孔径为（0.3+0.075）mm，第五组叶片气膜孔孔径为（0.3+0.09）mm；
（3）将上述经磨粒流加工后的每组叶片气膜孔纵向解剖，对解剖后的经磨粒流加工的气膜孔壁进行金相检测，在金相图上观察每组气膜孔重熔层的剩余量，如图2至图6所示，并得到每组的气膜孔重熔层平均去除量d，其中第一组的平均去除量是0.02mm，第二组的平均去除量是0.04mm，第三组的平均去除量是0.06mm，第四组的平均去除量是0.08mm，第五组的平均去除量是0.09mm，第一组和第二组的重熔层平均去除量明显小于0.06mm，第四组和第五组的重熔层平均去除量明显大于0.06mm，而且破坏了零件原有尺寸，而第三组（0.3+0.06）mm的重熔层平均去除量最为接近0.06mm，即确定当磨粒流加工控制加工后的叶片气膜孔为（0.3+0.06）mm时，重熔层的去除量最佳；
（4）将进行批量加工的叶片气膜孔置于磨粒流设备中，在6.5MPa的条件下，对叶片气膜孔进行磨削加工，在加工过程中，实时利用光面塞规对每一次磨削后的气膜孔孔径进行测量，向加工中直径最先达到（0.3+0.06）mm的气膜孔中塞入弯成U型的钢丝，直至所有待加工的气膜孔孔径均达到（0.3+0.06）mm，停止磨粒流加工，气膜孔内的重熔层全部去除。
将批量磨粒流加工后的叶片气膜孔解剖，用光学显微镜和扫描电镜观察加工解剖后的气模孔壁形貌，如图7和图8所示，可以看出片气膜孔内壁确实达到了光整加工、孔口倒圆、去除毛刺的效果。
Claims (1)
1.一种磨粒流加工控制叶片气膜孔重熔层去除量的方法,其特征在于按照以下步骤进行：（1）首先将至少10个经电火花加工后直径为D的叶片气膜孔纵向解剖，并对解剖后的气膜孔壁进行金相检测，在金相图上得到每个气膜孔重熔层厚度最大值的平均数δ；
（2）选取五组，每组至少10个直径为D的叶片气膜孔，采用磨粒流设备，在6.5MPa的条件下，对每组叶片气膜孔进行磨削加工，在加工过程中，实时利用光面塞规对每一次磨削后的气膜孔孔径进行测量，控制第一组叶片气膜孔孔径为D+δ，第二组叶片气膜孔孔径为D+1.5δ，第三组叶片气膜孔孔径为D+2δ，第四组叶片气膜孔孔径为D+2.5δ，第五组叶片气膜孔孔径为D+3δ；
（3）将上述经磨粒流加工后的每组叶片气膜孔纵向解剖，对解剖后的经磨粒流加工的气膜孔壁进行金相检测，在金相图上观察每组气膜孔重熔层的厚度，并得到每组的气膜孔重熔层平均去除量d，将每组的d值与气膜孔重熔层厚度最大值平均数δ相比较，其中，D+δ和D+1.5δ组的重熔层平均去除量d＜2δ， D+2.5δ和D+3δ组的重熔层平均去除量d＞2δ，而D+2δ组的重熔层平均去除量d≈2δ，即确定当磨粒流加工控制加工后的叶片气膜孔为D+2δ时，重熔层的去除量最佳、效率最好；
（4）将进行批量加工的叶片气膜孔置于磨粒流设备中，在6.5MPa的条件下，对叶片气膜孔进行磨削加工，在加工过程中，实时利用光面塞规对每一次磨削后的气膜孔孔径进行测量，向加工中直径最先达到D+2δ的气膜孔中塞入弯成U型的钢丝，直至所有待加工的气膜孔孔径均达到D+2δ，停止磨粒流加工，气膜孔内的重熔层全部去除。
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