CN106271429B - 一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及某高压压气机整体叶盘的加工，具体为一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，包括如下步骤：先对在精铣工艺、抛光工艺、振动光饰工艺和喷丸工艺对整体叶盘叶型参数的影响进行分析，得到叶片叶型参数变化规律；再根据叶型参数变化规律对整体叶盘叶型进行反变形量补偿，反变形量补偿包括如下步骤，先对精铣工序加工模型修正；再根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘进行加工；再依次进行抛光工序、振动光饰工序和喷丸工序。与传统的单工序变形控制不同，本发明利用工艺系统内不同工序间变形耦合特点将连续的四个工序作为整体，该方法将四道工序分别的变形控制经复合叠加后转化到数控精铣单一工序中，提高产品最终交付质量。

Description

一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法

【技术领域】

本发明涉及某高压压气机整体叶盘的加工，具体针对该高压压气机整体叶盘叶型各参数在精铣工艺、抛光工艺、振动光饰工艺、喷丸工艺的变形规律及反变形量加工补偿的方法，具体为一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法。

【背景技术】

整体叶盘叶型的数控加工工艺是保证整体叶盘几何精度符合设计要求的重要环节，但后续抛光工艺、振动光饰工艺、喷丸工艺对的整体叶盘叶型参数都有不同程度的影响，整体叶盘叶型的型面成形和表面强化的过程主要采用冷加工工艺，其机理为依靠刀具与工件之间剪切力等作用下而产生弹塑性变形。叶片属于薄壁类零件，在弹塑性变形的过程中不可避免地存在着相对于加工模型的偏差从而影响叶片叶型参数的合格率。传统的变形控制技术的研究对象主要是单个工序，是对每一个工序都通过修正工艺模型实现变形量的控制。对于变形控制技术，无论是通过软件仿真加工预测还是零件试切，变形补偿量都需要反复迭代获得。对于整体叶盘叶片型面成型和表面处理工艺，由于工艺系统的复杂性而无法完全依靠仿真加工软件进行准确的预测。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，通过该方法能够补偿整体叶盘叶型后续由抛光、振动光饰、喷丸工艺对整体叶盘叶型参数产生的变形量，提高产品最终交付质量。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，包括如下步骤：

获取整体叶盘在进行各表面处理工艺后的叶型参数变化规律；

再根据叶型参数变化规律对整体叶盘叶型进行反变形量补偿，反变形量补偿包括如下步骤，先对精铣工艺加工模型进行修正；再根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘叶型进行加工；最后对整体叶盘依次进行抛光、振动光饰和喷丸。

所述获取整体叶盘在进行各表面处理工艺后的叶型参数变化规律依据对精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺对整体叶盘叶型参数的影响分析而得，具体包括过程如下：

(1)将整体叶盘所有叶片分别在精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺后将同一截面各叶型参数分别作差，并分别求出数学期望值和标准差；

(2)将每个标准差在许可范围内的整体叶盘叶型参数选择出来，得到整体叶盘叶型参数变化规律为：振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短，喷丸工艺使整体叶盘叶型发生扭转。

所述对精铣工艺加工模型修正过程如下：根据变形规律，选择标准差在许可范围内的整体叶盘叶型的扭转变化量和弦长变化量，根据扭转和弦长的数学期望，进行加工模型修正：首先，将各高度的截面线绕积叠轴旋转一定角度，旋转方向与喷丸工艺使叶型扭转方向相反，旋转角度与喷丸工艺使整体叶盘叶型扭转角度相同；然后，将旋转后的截面线分割出进排气边部分；再将分割出的进排气边沿弦长方向向两端各延长一定距离，该距离为振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短的距离的一半；再将调整后的截面线放样成完整的三维模型裁剪后即为调整后的加工模型。

所述许可范围为标准差不超过整体叶盘叶型参数公差的1/3倍。

所述根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘叶型进行加工时，整体叶盘叶型的叶盆和叶背分开加工，走刀方向采用从叶尖到叶根方向。

所述抛光工艺中，在叶盆和叶背型面抛光时，将进排气边覆盖保护。

所述进排气边通过胶带覆盖保护。

所述振动光饰工艺中，振动光饰工艺的参数要保证一致。

所述振动光饰工艺的参数包括设备容积，光饰机振幅、频率或转速，磨料的成分、磨料的重量或磨料的体积、以及磨料的配比，添加剂的成分及添加剂的重量或添加剂的体积，水的添加比例或水的添加体积，叶片零件的数量与磨料用量的比例，振动光饰作业的时间。

所述喷丸工艺中，先喷叶盆，再喷叶背。

本发明的方法具有如下有益效果：

本发明的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法通过对精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺对整体叶盘叶型的影响进行分析，得到整体叶盘叶型参数变化规律，变化规律为：振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短，喷丸工艺使整体叶盘叶型发生扭转，再对整体叶盘叶型进行反变形量补偿，反变形量补偿时，先对精铣工序加工模型修正，再根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘进行加工，再依次进行抛光、振动光饰和喷丸工艺；

与传统的单工序变形控制不同，本发明利用工艺系统内不同工序间变形耦合特点将连续的四个工序作为整体，提出一种基于复合工序反变形补偿加工的方法；该方法将四道工序分别的变形控制经复合叠加后转化到数控精铣单一工序中，不仅仅将多个工序的反变形补偿进行简化，而且由于工序间变形量的内部叠加，阻尼曲线的起始振幅大幅度减小，使其能够加快进入收敛期从而减少试制次数缩短试制周期，反变形加工工艺提高整体叶盘叶型合格率，使整体叶盘叶片进排气边形状符合设计图纸要求，从而提高航空发动机性能。

【附图说明】

图1是喷丸前后整体叶盘叶型变动对比示意图。

图2是整体叶盘叶片截面线调整前后对比局部放大示意图。

图中：1-喷丸后的整体叶盘，2-喷丸前的整体叶盘，3-整体叶盘的排气边，4-调整后的排气边，5-调整前的排气边。

【具体实施方式】

下面结合具体的实施对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，包括如下步骤：

获取整体叶盘在进行各表面处理工艺后的叶型参数变化规律依据对精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺对整体叶盘叶型参数的影响分析而得，具体包括以下：

(1)将整体叶盘所有叶片分别在精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺后将同一截面各叶型参数分别作差，并分别求出数学期望值和标准差；

(2)将每个标准差在许可范围内的整体叶盘叶型参数选择出来，得到整体叶盘叶型参数变化规律为：振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短，喷丸工艺使整体叶盘叶型发生扭转(如图1和图2所示)；

再将对应的数学期望值代数和作为变形补偿量，其中，许可范围为：标准差不超过叶型参数公差的1/3倍；

再根据叶型参数变化规律对整体叶盘叶型进行反变形量补偿，反变形量补偿包括如下步骤，先对精铣工序加工模型修正，修正过程如下：首先，将各高度的截面线绕积叠轴旋转一定角度，旋转方向与喷丸工艺使整体叶盘叶型扭转方向相反，旋转角度与喷丸工艺使整体叶盘叶型扭转角度相同；然后，将旋转后的截面线分割出进排气边部分；再将分割出的进排气边沿弦长方向向两端各延长一定距离，该距离为振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短的距离的一半；再将调整后的截面线放样成完整的三维模型裁剪后即为调整后的加工模型；再根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘叶型的叶盆叶背分开加工，走刀方向采用从叶尖到叶根方向；再依次进行抛光、振动光饰和喷丸工艺，在叶盆和叶背型面抛光时，通过胶带将进排气边覆盖保护，振动光饰工艺要保证参数要一致，振动光饰工艺的参数包括设备容积，光饰机振幅、频率或转速，磨料的成分、磨料的重量或磨料的体积、以及磨料的配比，添加剂的成分及添加剂的重量或添加剂的体积，水的添加比例或水的添加体积，叶片零件的数量与磨料用量的比例，振动光饰作业的时间，在喷丸工艺中，喷丸机工作箱内的位置与零件受喷部位处于同一半径和同一高度，先喷叶盘，再喷叶背，整体叶盘叶片的喷丸覆盖率为100％～300％。

下面结合实施例来对本发明作进一步的说明：

实施例

以某一整体叶盘叶型为例，该整体叶盘叶型特点为：材料为钛合金，叶片叶展长度为75mm，叶片进排气边1mm处厚度范围为0.35mm～0.8mm，且从叶根到叶尖方向依次减小，本实施例的整体叶盘叶型反变形量的补偿方法按照如下步骤进行：

(1)精铣、抛光、振动光饰、喷丸工艺对整体叶盘叶型参数影响规律分析方法：

1)工艺状态稳定

每级整体叶盘在各工艺阶段使用的加工、测量设备，加工、测量参数，加工、测量方法统一，加工、测量状态稳定；

2)测量、评价

整体叶盘叶型在叶型精铣后、抛光后、振动光饰后、喷丸后对叶型进行测量，对各特性进行评价；

3)叶型参数对比

将整体叶盘叶型对应的数据进行对比分析：将整体叶盘叶型所有叶片分别在精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺后，将同一截面各叶型参数分别作差，并分别对各叶型参数求出数学期望值和标准差；

将每个标准差在不超过整体叶盘叶型对应参数公差的1/3倍范围内的整体叶盘叶型参数选择出来，并将对应参数的数学期望值代数和作为变形补偿量。

4)变化规律分析

根据选择出的符合要求的整体叶盘叶型的参数分析得到参数变化规律，变化规律为：振动光饰工艺使整体叶盘叶型的弦长变短0.02mm～0.12mm，且从叶根到叶尖依次增大，喷丸对整体叶盘叶型的扭转有影响：使整体叶盘叶型绕着叠合轴旋转，整体叶盘叶型的排气边偏向叶背，进气边偏向叶盆，扭转量为0°～0.18°，从叶根到叶尖依次增大；

将对应的数学期望值代数和作为变形补偿量，得到整体叶盘叶片弦长补偿量为0.02mm～0.12mm，从叶根到叶尖线性增大；整体叶盘叶型绕着叠合轴旋转的扭转补偿量为0°～0.18°，排气边偏向叶盆，进气边偏向叶背，从叶根到叶尖线性增大；

(2)钛材料的整体叶盘叶型反变形量补偿方法：

1)抛光工艺质量控制

在叶盆和叶背型面抛光时，通过胶带将进排气边覆盖保护；

2)振动光饰工艺质量控制

振动光饰工艺的主要参数要保证一致，主要参数包括：设备容积，光饰机振幅、频率或转速，磨料的成分、磨料的重量或磨料的体积、以及磨料的配比，添加剂的成分及添加剂的重量或添加剂的体积，水的添加比例或水的添加体积，叶片零件的数量与磨料用量的比例，振动光饰作业的时间；

3)喷丸工艺反变形控制

喷丸时先喷叶盆，后喷叶背；

4)精铣工艺反变形补偿

(a)加工模型修正

①根据整体叶盘叶型参数变化规律，先将各高度的截面线绕积叠轴旋转与变形相反的方向，扭转量为0°～0.18°，排气边偏向叶盆，进气边偏向叶背，从叶根到叶尖线性增大；

②将旋转后的截面线分割出进排气边部分；

③将分割出的整体叶盘叶片进排气边分别沿弦长方向向两端各延长0.01mm～0.06mm，从叶根到叶尖线性增大，并与等截面高度上的叶盆叶背线光滑桥接；

④将调整后的截面线放样成完整的三维模型裁剪后即为调整后的加工模型；

(b)叶型精加工工艺关键

①根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘进行加工；

②进排气边位置由于曲率变化较大，需要与叶片的叶盆叶背分开加工，在该部位走刀方向采用从叶尖到叶根方向。

通过研究精铣工艺、抛光工艺、振动光饰工艺、喷丸工艺对叶型比较薄的钛合金材料整体叶盘叶片的叶型几何特性影响规律，根据影响规律研究反变形误差补偿技术，确定了最佳喷丸工艺方案、精铣叶型加工余量反馈修正值方法，保证产品最终交付质量，该方法可推广到其它机种的整体叶盘叶型反变形量补偿加工中。

Claims (8)

1.一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取整体叶盘在进行各表面处理工艺后的叶型参数变化规律；

再根据叶型参数变化规律对整体叶盘叶型进行反变形量补偿，反变形量补偿包括如下步骤，先对精铣工艺加工模型进行修正；再根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘叶型进行加工；最后对整体叶盘依次进行抛光、振动光饰和喷丸；

所述获取整体叶盘在进行各表面处理工艺后的叶型参数变化规律依据对精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺对整体叶盘叶型参数的影响分析而得，具体包括以下：

(1)将整体叶盘所有叶片分别在精铣、抛光、振动光饰和喷丸工艺后将同一截面各叶型参数分别作差，并分别求出数学期望值和标准差；

(2)将每个标准差在许可范围内的整体叶盘叶型参数筛选出来，得到整体叶盘叶型参数变化规律为：振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短，喷丸工艺使整体叶盘叶型发生扭转；

其中，所述许可范围为标准差不超过整体叶盘叶型参数公差的1/3倍。

2.根据权利要求1所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述对精铣工艺加工模型修正过程如下：根据变形规律，选择标准差在许可范围内的整体叶盘叶型的扭转变化量和弦长变化量，根据扭转和弦长的数学期望，进行加工模型修正：首先，将各高度的截面线绕积叠轴旋转一定角度，旋转方向与喷丸工艺使叶型扭转方向相反，旋转角度与喷丸工艺使整体叶盘叶型扭转角度相同；然后，将旋转后的截面线分割出进排气边部分；再将分割出的进排气边沿弦长方向向两端各延长一定距离，该距离为振动光饰工艺使整体叶盘叶型弦长变短的距离的一半；再将调整后的截面线放样成完整的三维模型裁剪后即为调整后的加工模型。

3.根据权利要求1所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述根据修正后的加工模型采用对称铣削的方法对整体叶盘叶型进行加工时，整体叶盘叶型的叶盆和叶背分开加工，走刀方向采用从叶尖到叶根方向。

4.根据权利要求1所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述抛光工艺中，在叶盆和叶背型面抛光时，将进排气边覆盖保护。

5.根据权利要求4所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述进排气边通过胶带覆盖保护。

6.根据权利要求1所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述振动光饰工艺中，振动光饰工艺的参数要保证一致。

7.根据权利要求6所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述振动光饰工艺的参数包括设备容积，光饰机振幅、频率或转速，磨料的成分、磨料的重量或磨料的体积、以及磨料的配比，添加剂的成分及添加剂的重量或添加剂的体积，水的添加比例或水的添加体积，叶片零件的数量与磨料用量的比例，振动光饰作业的时间。

8.根据权利要求1所述的一种整体叶盘叶型反变形量的补偿方法，其特征在于，所述喷丸工艺中，先喷叶盆，再喷叶背。