CN108972354B - 一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法 - Google Patents

一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，包括如下步骤：光整叶根圆角过渡区，粗磨叶身型面，精磨叶身型面三个步骤。同时，针对叶片型面为自由曲面，曲率变化大，不同叶片的尺寸和形状差异大,数控光砂带磨会产生局部磨削不均匀的问题，本发明的叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，优化了接触轮。并针对局部表现为少抛或过抛的问题，通过程序进行了局部处理。本发明的叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，在保证粗糙度达到质量要求的前提下,使叶型喷丸表面弹坑覆盖均匀,材料去除量小,并保证喷丸残余压应力层的应力和影响深度均符合设计要求。

Description

一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法
技术领域
本发明涉及叶片型面光整加工领域,特别涉及一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法。
背景技术
叶片是航空发动机、燃气轮机的关键零件，喷丸强化和表面粗糙度对其疲劳寿命和气动效率具有重要的影响。喷丸强化和表面粗糙度实质上是相互冲突的设计要求，喷丸会在叶型表面引起塑性变形和形成具有一定深度的弹坑，形成残余压应力层的同时,引起叶型表面粗糙度从抛光后Ra0.25～Ra0.4增大至喷丸后Ra1.8～2.5,而叶身型面粗糙度设计要求为Ra0.4甚至Ra0.2。现有的振动光饰工艺粗糙度降低能力有限，振动前必须采用聚乙烯醇抛光轮或者尼龙轮对叶型喷丸表面进行手工抛磨光整,以达到振前粗糙度要求。手工抛磨光整对工人技能依赖度高,容易出现喷丸弹坑覆盖不均匀,材料去除量大,粗糙度不稳定等质量问题,导致零件返工率高,尤其涉及返喷返振会进而造成叶片疲劳寿命降低、边角振圆等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有手工抛磨光整技术的不足,提供一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法,在保证粗糙度达到质量要求的前提下,使叶型喷丸表面弹坑覆盖均匀,材料去除量小,并保证喷丸残余压应力层的应力和影响深度均符合设计要求。
为了实现上述目的，本发明提供的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其具体技术方案如下：
一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，包括以下步骤：
1.1光整叶根圆角过渡区：
1.1.1将尼龙轮倒圆,并安装在砂带磨床尼龙轮驱动机构上；
1.1.2尼龙轮沿叶型弦宽方向往返式运动光整叶根圆角过渡区；
1.2粗磨叶身型面：将粗磨尼龙砂带安装在砂带磨床磨头机构上，由接触轮驱动粗磨尼龙砂带沿叶型翼展方向运动，工作时沿着叶型表面轮廓均匀往返式磨削；
1.3精磨叶身型面：将精磨尼龙砂带安装在砂带磨床磨头机构上,由接触轮驱动精磨尼龙砂带沿叶型翼展方向运动，工作时沿着叶型表面轮廓均匀往返式磨削。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述砂带磨床为六坐标联动数控砂带磨床。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.1.1，尼龙轮倒圆角度为R2～R3。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.1.2，磨削方式为干磨，磨削参数设置为转速300r/min～500r/min,进给速度1000mm/min～1500mm/min,接触力1kg，步距0.5mm。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2，磨削方式为干磨，粗磨尼龙砂带为#400尼龙砂带，磨削起始点从叶根向叶尖运动，磨削参数设置为转速1500r/min～2500r/min,进给速度3500mm/min～5500mm/min,接触力1.5kg～2.5kg,步距0.5mm。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2、1.3中接触轮两边倒圆R2～R3。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.3，磨削方式为湿磨，精磨尼龙砂带为#600尼龙砂带，磨削起始点从叶尖向叶根运动，磨削参数设置为转速1500r/min～2500r/min,进给速度3500mm/min～5500mm/min,接触力1.5kg～2.5kg，步距0.5mm。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.3，磨削方式为先干磨一次再湿磨一次，精磨尼龙砂带为#600尼龙砂带，磨削起始点从叶尖向叶根运动，磨削参数设置为转速1500r/min～2500r/min,进给速度3500mm/min～5500mm/min,接触力1.5kg～2.5kg，步距0.5mm。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2，当检测到叶型表面轮廓凹陷区域，粗糙度较大，表现为少抛时，采用小程序增加一次局部粗磨。
进一步的技术方案，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2，当检测到叶尖曲率变化大的区域且为砂带运动往返点,进给速度自动下降,材料去除量大,喷丸弹坑覆盖少，表现为过抛时，步骤1.2粗磨程序保留叶尖斜三角。
本发明的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，为了保证磨削的均匀行，所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，所述步骤1.2和1.3的磨削方向相对，如步骤1.2磨削起始点从叶尖向叶根运动，则步骤1.3磨削起始点从叶根向叶尖运动。
与现有的磨削光整加工方法相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，使用的尼龙材质的光整工具,可避免磨削时过热,因此粗磨或者半精磨可采用干磨方式提高磨削效率。
2、本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，使用的窄尼龙砂带和两边倒圆的接触轮,可对曲率变化大区域充分接触,避免由于干涉产生的过切或者少抛,使叶片型面整体磨削均匀。
3、本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，使用的光整工具和磨削参数,使得叶型喷丸表面弹坑覆盖均匀,叶型表面轮廓材料去除量0.015mm以内,可达到振前粗糙度质量要求,保证喷丸残余压应力影响深度达到0.006"(0.15mm),且深度0.003"[0.076mm]以内达到40ksi[276Mpa]以上的设计要求.
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法叶片喷丸表面数控磨削光整加工区域示意图；
图2是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法尼龙轮示意图；
图3是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法尼龙轮光整叶根圆角过渡区的运动方向示意图；
图4是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法粗磨叶身型面的运动方向示意图；
图5是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法精磨叶身型面的运动方向示意图；
图6是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法两边带倒圆的橡胶接触轮示意图；
图7是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法叶型凹陷少抛区域粗磨小程序加工轨迹示意图；
图8是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法叶尖过抛区域粗磨程序保留斜三角处理示意图；
图9是本发明所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法数控磨削光整后叶片喷丸表面残余应力深度曲线示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法实施例示意图如图1-8所示。具体实施方式如下所示：
实施例一
在六坐标联动数控砂带磨床上对图1所示“SA"区域叶身型面和“SB"区域叶根圆角过渡区喷丸表面分别进行磨削光整加工。通过对接触轮的优化设计,对光整工具和冷却方式的选用，以及程序的优化和处理,关键磨削参数转速、进给速度、接触力、步距的研究，可满足不同类型的叶片型面残余压应力和粗糙度设计要求。其具体步骤如下：
1.1光整叶根圆角过渡区
1.1.1将如图2所示尼龙轮倒圆R2～R3,完成后安装在砂带磨床上；
1.2.2如图3所示，尼龙轮1沿叶型弦宽方向往返式运动光整叶根圆角过渡区,采用干磨方式，磨削参数设置为转速300r/min,进给速度1000mm/min,接触力1kg，步距0.5mm,光整后叶根圆角过渡区粗糙度可达到Ra0.7～Ra.1；
1.2粗磨叶身型面：如图4所示，#400尼龙砂带3安装在砂带磨床磨头机构上，由接触轮2驱动#400尼龙砂带3沿叶型翼展方向运动，起始点从叶根出发向叶尖运动，沿着叶型表面轮廓均匀往返式磨削,采用干磨方式，磨削参数设置为转速2200r/min,进给速度4500mm/min,接触力2kg，步距0.5mm,粗磨后叶身型面粗糙度可达到Ra0.6～Ra0.8。
1.3精磨叶身型面：如图5所示，#600尼龙砂带4安装在砂带磨床磨头机构上,由接触轮2驱动#600尼龙砂带4沿叶型翼展方向运动，起始点从向叶尖出发向叶根运动，沿着叶型表面轮廓均匀往复式磨削,磨削参数设置为转速2200r/min,进给速度5500mm/min,接触力1.5kg，步距0.5mm,仅湿磨一次，精磨后叶身型面粗糙度Ra0.3～Ra0.5。
进一步的，由于叶片型面为自由曲面，曲率变化大，不同叶片的尺寸和形状差异大,数控光砂带磨会产生局部磨削不均匀的问题。首先优化了接触轮2的设计,如图6所示，对接触轮2两边倒圆R2-R3,使其与曲率变化大的区域充分接触,避免由于干涉产生的少抛。其次针对上述步骤1.2、1.3进行程序的优化和处理。叶型表面轮廓凹陷区域材料去除量小,粗糙度值偏大,表现为少抛时，如图7所示，采用小程序增加一次局部粗磨,以达到叶片表面粗糙度整体一致。如图8所示，叶尖曲率变化大的区域且为砂带运动往返点,进给速度自动下降,材料去除量大,喷丸弹坑覆盖少，表现为过抛时，通过粗磨程序保留叶尖斜三角处理，该区域仅精磨以避免过抛。
实施例二
在六坐标联动数控砂带磨床上对图1所示“SA"区域叶身型面和“SB"区域叶根圆角过渡区喷丸表面分别进行磨削光整加工。通过对接触轮的优化设计,对光整工具和冷却方式的选用，以及程序的优化和处理,关键磨削参数转速、进给速度、接触力、步距的研究，可满足不同类型的叶片型面残余压应力和粗糙度设计要求。其具体步骤如下：
1.1光整叶根圆角过渡区
1.1.1将如图2所示尼龙轮倒圆R2～R3,完成后安装在砂带磨床上；
1.2.2如图3所示，尼龙轮1沿叶型弦宽方向往返式运动光整叶根圆角过渡区,采用干磨方式，磨削参数设置为转速500r/min,进给速度1000mm/min,接触力1kg，步距0.5mm,光整后叶根圆角过渡区粗糙度可达到Ra0.5～Ra0.6；
1.2粗磨叶身型面：如图4所示，#400尼龙砂带3安装在砂带磨床磨头机构上，由接触轮2驱动#400尼龙砂带3沿叶型翼展方向运动，起始点从叶根出发向叶尖运动，沿着叶型表面轮廓均匀往返式磨削,采用干磨方式，磨削参数设置为转速2500r/min,进给速度4500mm/min,接触力2.5kg，步距0.5mm,粗磨后叶身型面粗糙度可达到Ra0.5～Ra0.6。
1.3精磨叶身型面：如图5所示，#600尼龙砂带4安装在砂带磨床磨头机构上,由接触轮2驱动#600尼龙砂带4沿叶型翼展方向运动，起始点从向叶尖出发向叶根运动，沿着叶型表面轮廓均匀往复式磨削,磨削参数设置为转速2200r/min,进给速度5000mm/min,接触力2kg，步距0.5mm,先干磨一次再湿磨一次，叶身型面粗糙度Ra0.2～Ra0.25。
进一步的，由于叶片型面为自由曲面，曲率变化大，不同叶片的尺寸和形状差异大,数控光砂带磨会产生局部磨削不均匀的问题。首先优化了接触轮2的设计,如图6所示，对接触轮两边倒圆R2-R3,使其与曲率变化大的区域充分接触,避免由于干涉产生的少抛。其次针对上述步骤1.2、1.3进行程序的优化和处理。叶型表面轮廓凹陷区域材料去除量小,粗糙度值偏大,表现为少抛。如图7所示，采用小程序增加一次局部粗磨,以达到叶片表面粗糙度整体一致。如图8所示，叶尖曲率变化大的区域且为砂带运动往返点,进给速度速度自动下降,材料去除量大,喷丸弹坑覆盖少，表现为过抛，通过粗磨程序保留叶尖斜三角处理，该区域仅精磨以避免过抛。
通过本实施例数控磨削光整后叶片喷丸表面残余应力深度曲线，如图9所示，在叶型表面达到振前粗糙度质量要求的情况下,喷丸残余压应力影响深度达到0.006"(0.15mm),且深度0.003"[0.076mm]以内达到40ksi[276Mpa]以上，满足设计要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，包括以下步骤：
1.1光整叶根圆角过渡区：
1.1.1将尼龙轮倒圆,并安装在砂带磨床尼龙轮驱动机构上；
1.1.2尼龙轮沿叶型弦宽方向往返式运动光整叶根圆角过渡区；
1.2粗磨叶身型面：将粗磨尼龙砂带安装在砂带磨床磨头机构上，由接触轮驱动粗磨尼龙砂带沿叶型翼展方向运动，工作时沿着叶型表面轮廓均匀往返式磨削；
1.3精磨叶身型面：将精磨尼龙砂带安装在砂带磨床磨头机构上,由接触轮驱动精磨尼龙砂带沿叶型翼展方向运动，工作时沿着叶型表面轮廓均匀往返式磨削。
2.根据权利要求1所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述砂带磨床为六坐标联动数控砂带磨床。
3.根据权利要求1所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.1.1，尼龙轮倒圆角度为R2～R3。
4.根据权利要求1所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.1.2，磨削方式为干磨，磨削参数设置为转速300r/min～500r/min,进给速度1000mm/min～1500mm/min,接触力1kg，步距0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2，磨削方式为干磨，粗磨尼龙砂带为#400尼龙砂带，磨削起始点从叶根向叶尖运动，磨削参数设置为转速1500r/min～2500r/min,进给速度3500mm/min～5500mm/min,接触力1.5kg～2.5kg,步距0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2、1.3中接触轮两边倒圆R2～R3。
7.根据权利要求1或5所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.3，磨削方式为湿磨，精磨尼龙砂带为#600尼龙砂带，磨削起始点从叶尖向叶根运动，磨削参数设置为转速1500r/min～2500r/min,进给速度3500mm/min～5500mm/min,接触力1.5kg～2.5kg，步距0.5mm。
8.根据权利要求1或5所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.3，磨削方式为先干磨一次再湿磨一次，精磨尼龙砂带为#600尼龙砂带，磨削起始点从叶尖向叶根运动，磨削参数设置为转速1500r/min～2500r/min,进给速度3500mm/min～5500mm/min,接触力1.5kg～2.5kg，步距0.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2，当检测到叶型表面轮廓凹陷区域，粗糙度较大，表现为少抛时，采用小程序增加一次局部粗磨。
10.根据权利要求1或9所述的一种叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法，其特征在于，所述叶片喷丸表面数控磨削光整加工方法步骤1.2，当检测到叶尖曲率变化大的区域且为砂带运动往返点,进给速度自动下降,材料去除量大,喷丸弹坑覆盖少，表现为过抛时，步骤1.2粗磨程序保留叶尖斜三角。
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