CN105290950A - 一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，目的在于：改善气膜孔孔口质量，减少和防止裂纹产生，所采用的技术方案为：采用磁力抛光机，利用旋转磁场的特性，消除了涡轮导向叶片气膜孔孔口毛刺，实现了气膜孔孔口倒圆，打破了传统的机械加工模式，检测加工后的叶片剩磁为零，达到了高压涡轮导向叶片气膜孔孔口的倒圆要求，通过后续工序及高温钎焊工艺应用验证，叶片无镕蚀现象，提高气膜孔孔口质量，减少和防止裂纹的产生，可大幅度提高零件的抗疲劳能力，同时降低了劳动强度，改善了作业环境。

Description

一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法。
背景技术
航空发动机高压涡轮导向叶片属于精密铸造双空腔结构，材料为钴基高温合金，叶身上的气膜孔数量多(217孔)、孔径小(0.5～0.7㎜)，气膜孔是由激光或电火花加工成型，结构示意图见图1a和图1b。
涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆最早采用砂纸手工打磨，但只能打磨叶身外型面上气膜孔孔口毛刺，在发动机地面试车时，叶身出现裂纹。分析认为叶片叶身气膜孔孔口毛糙，孔口尖边应力集中，是产生裂纹的一个重要原因。叶片气膜孔孔口倒圆现采用磨粒流工艺，能有效改善气膜孔孔口质量，减少和防止裂纹的产生，但由于采用的磨料粘度高，磨粒流加工后叶片内腔无法彻底清理干净，磨料中含有的氧化硼、二甲基硅油等低熔点物质，使后续工序高温钎焊过程中叶片发生熔蚀现象。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够改善气膜孔孔口质量，减少和防止裂纹产生的涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为，包括以下步骤：
1)清洗涡轮导向叶片后，将若干个磁力研磨棒放入涡轮导向叶片的前、后型腔内，并密封涡轮导向叶片的前、后型腔；
2)利用涡轮导向叶片的安装端面，将涡轮导向叶片垂直放置在磁力抛光机的容器中，在容器中加入水，水位淹没涡轮导向叶片，将若干个磁力研磨棒放入磁力抛光机容器中，启动磁力抛光机运行25～35min后停止；
3)将涡轮导向叶片翻转180°后，垂直放置在磁力抛光机的容器中，启动磁力抛光机运行25～35min后停止；
4)将涡轮导向叶片水平放置在磁力抛光机的容器中，启动磁力抛光机运行20～40min后停止；
5)取出涡轮导向叶片并清洗吹干后，即完成涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法。
加工叶片叶身外型面上气膜孔孔口时，所述磁力研磨棒采用直径为1.5～2倍的气膜孔孔径，长度为5～8mm的磁力研磨棒；
加工叶片前型腔内气膜孔孔口和叶片后型腔内气膜孔孔口时，所述磁力研磨棒均采用直径为3～5倍的气膜孔孔径，长度为4～6mm的磁力研磨棒。
所述磁力研磨棒材质为304不锈钢或201不锈钢。
所述步骤1)中采用超声波清洗机清洗涡轮导向叶片，设定水温为室温，清洗频率35～45KHz，清洗时间3～5min。
所述步骤2)中磁力抛光机的容器中的水位淹没涡轮导向叶片5mm～10mm。
所述磁力抛光机为EMF-2型电磁抛光机。
所述涡轮导向叶片气膜孔孔径为0.5～0.7mm。
所述涡轮导向叶片通过涡轮导向叶片安装端面定位装夹固定在磁力抛光机的容器中。
与现有技术相比，本发明采用磁力抛光机，利用旋转磁场的特性，通过合理选择磁性研磨介质及加工参数，消除了涡轮导向叶片气膜孔孔口毛刺，实现了气膜孔孔口倒圆，打破了传统的机械加工模式，检测加工后的叶片剩磁为零，达到了高压涡轮导向叶片气膜孔孔口的倒圆要求，通过后续工序及高温钎焊工艺应用验证，叶片无镕蚀现象，提高气膜孔孔口质量，减少和防止裂纹的产生，可大幅度提高零件的抗疲劳能力，同时降低了劳动强度，改善了作业环境。
进一步，采用的电磁抛光机，是专门针对细小零件去除毛边、倒角、抛光等精密研磨而设计开发的设备，可实现复杂零件内外表面的高精度光整加工。
附图说明
图1a是涡轮导向叶片结构示意图，图1b为沿A-A面的剖视图；
图2是电磁抛光机工作原理图，其中，1-容器、2-铁芯、3-工件、4-磁力研磨棒、5-溶液、6-线圈、7-液面；
图3a为叶身外表面孔口电磁研磨前形貌图，图3b为叶身外表面孔口电磁研磨后形貌对比图；
图4a为叶身型腔内孔口电磁研磨前形貌图，图4b为叶身型腔内孔口电磁研磨后形貌图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
本发明分析涡轮导向叶片的结构及设计特点，针对现采用磨粒流工艺存在的问题，利用涡轮导向叶片安装端面定位装夹固定在夹具上，采用电磁抛光机，选择合适规格的磁力研磨棒和加工参数，实现了涡轮导向叶片气膜孔孔口的倒圆。
本发明创造的操作步骤：
1、选用设备：采用的电磁抛光机，是专门针对细小零件去除毛边、倒角、抛光等精密研磨而设计开发的设备，可实现复杂零件内外表面的高精度光整加工，电磁抛光机工作原理图见图2，电磁抛光机主要包括容器1、铁芯2和线圈6，工件3放入容器1中，容器1中放入溶液5以及磁力研磨棒4，液面7需要淹没工件3；
2、选用磁力研磨棒：
2.1材质：304不锈钢、201不锈钢；
2.2规格：叶片气膜孔孔径为dmm时，选择原则如下：
加工叶片叶身外型面上气膜孔孔口:Φ(1.5～2)d×(5～8)mm；
加工叶片前型腔内气膜孔孔口:Φ(3～5)d×(4～6)mm；
加工叶片后型腔内气膜孔孔口：Φ(3～5)d×(4～6)mm；
3、超声波清洗叶片：采用超声波清洗机清洗叶片，设定水温为室温，清洗频率35～45KHz，清洗时间3～5min；
4、密封叶片前、后型腔:将适量的磁力研磨棒分别放入叶片的前、后型腔内后，采用专用堵片密封叶片前、后腔；
5、磁力抛光加工：
5.1利用叶片安装端面，通过夹具将叶片垂直放置在精密磁力抛光机的容器中。在容器中放入适量水，水位淹没叶片5mm～10mm即可,然后将适量的磁力研磨棒放入容器中，启动设备运行25～35min后停止；
5.2将叶片和夹具同时翻转180°后，垂直放置在精密磁力抛光机的容器中，启动设备运行25～35min后停止；
5.3利用夹具，将叶片水平放置在精密磁力抛光机的容器中，启动设备运行20～40min后停止；
5.4从容器中拿出叶片及夹具；
6、清洗叶片、吹干后放入袋中。
本发明具体实施例操作步骤是：
1、选用设备：EMF-2型电磁抛光机；
2、选用磁力研磨棒：
2.1材质：304不锈钢；
2.2规格：叶片气膜孔孔径为0.5～0.7mm，磁力研磨棒选择如下：
加工叶片叶身外型面上气膜孔孔口：Φ0.8×8mm；
加工叶片前型腔内气膜孔孔口：Φ2×5mm；
加工叶片后型腔内气膜孔孔口：Φ2×5mm；
3、超声波清洗叶片：采用超声波清洗机清洗叶片，设定水温为室温，清洗频率40KHz，清洗时间3min；
4、密封叶片前、后型腔:将适量的磁力研磨棒分别放入叶片的前、后型腔内后，采用专用堵片密封叶片前、后腔；
5、磁力抛光加工：
5.1利用叶片安装端面，通过夹具将叶片垂直放置在精密磁力抛光机的容器中。在容器中放入适量水，水位淹没叶片8mm即可,然后将适量的磁力研磨棒放入容器中，启动设备运行30min后停止；
5.2将叶片和夹具同时翻转180°后，垂直放置在精密磁力抛光机的容器中，启动设备运行30min后停止；
5.3利用夹具，将叶片水平放置在精密磁力抛光机的容器中，启动设备运行30min后停止；
5.4从容器中拿出叶片及夹具；
6、清洗叶片、吹干后放入袋中。
参见图3a和图3b，通过叶身外表面孔口电磁研磨前形貌与电磁研磨后形貌对比，参见图4a和图4b，叶身型腔内孔口电磁研磨前形貌与电磁研磨后形貌对比，利用本发明方法加工后的叶片，检测到加工后叶片的剩磁为零，达到了高压涡轮导向叶片气膜孔孔口的倒圆要求，通过后续工序及高温钎焊工艺应用验证，叶片无镕蚀现象，提高气膜孔孔口质量，减少和防止裂纹的产生，可大幅度提高零件的抗疲劳能力本方法利用旋转磁场的特性，通过合理选择磁性研磨介质及加工参数，消除了涡轮导向叶片气膜孔孔口毛刺，实现了气膜孔孔口倒圆，打破了传统的机械加工模式，同时降低了劳动强度，改善了作业环境。

Claims (8)

1.一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗涡轮导向叶片后，将若干个磁力研磨棒放入涡轮导向叶片的前、后型腔内，并密封涡轮导向叶片的前、后型腔；
2)利用涡轮导向叶片的安装端面，将涡轮导向叶片垂直放置在磁力抛光机的容器中，在容器中加入水，水位淹没涡轮导向叶片，将若干个磁力研磨棒放入磁力抛光机容器中，启动磁力抛光机运行25～35min后停止；
3)将涡轮导向叶片翻转180°后，垂直放置在磁力抛光机的容器中，启动磁力抛光机运行25～35min后停止；
4)将涡轮导向叶片水平放置在磁力抛光机的容器中，启动磁力抛光机运行20～40min后停止；
5)取出涡轮导向叶片并清洗吹干后，即完成涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，加工叶片叶身外型面上气膜孔孔口时，所述磁力研磨棒采用直径为1.5～2倍的气膜孔孔径，长度为5～8mm的磁力研磨棒；
加工叶片前型腔内气膜孔孔口和叶片后型腔内气膜孔孔口时，所述磁力研磨棒均采用直径为3～5倍的气膜孔孔径，长度为4～6mm的磁力研磨棒。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，所述磁力研磨棒材质为304不锈钢或201不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，所述步骤1)中采用超声波清洗机清洗涡轮导向叶片，设定水温为室温，清洗频率35～45KHz，清洗时间3～5min。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，所述步骤2)中磁力抛光机的容器中的水位淹没涡轮导向叶片5mm～10mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，所述磁力抛光机为EMF-2型电磁抛光机。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，所述涡轮导向叶片气膜孔孔径为0.5～0.7mm。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆方法，其特征在于，所述涡轮导向叶片通过涡轮导向叶片安装端面定位装夹固定在磁力抛光机的容器中。
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