CN110524204A - 一种叶片加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片加工工艺，充分采用了工序分散原则，利用普通平磨设备，降低设备成本，可以批量的在生产现场进行流水线生产，同时采用了低熔点合金精密定位方式，转换了加工基准，把空间定位点转换为平面使加工过程可靠稳定，既提高了生产效率又保证了加工质量，能够满足大批量涡轮导向叶片生产，可以广泛用于航空发动机及燃气轮机涡轮导向叶片加工。

Description

一种叶片加工工艺

技术领域

本发明属于航空发动机机械技术领域，具体涉及一种叶片加工工艺。

背景技术

涡轮导向叶片处于航空发动机温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，被誉为“王冠上的明珠”。外型结构由叶身、缘板组成，且为内腔为空心，叶身表面布满气膜孔。它形状复杂、要求高、加工难度大。主要材料有DZ40M、IC10、DD5、DD6等。目前涡轮导向叶片一般为单联叶片组焊而成形成双联叶片，单叶片为叶身无余量精密铸造，内外缘板楔面、端面采用机械加工，单叶片铸造后需要进行进一步的机械加工，为后续双联叶片精密加工建立加工基准。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种叶片加工工艺，采用低熔点合金精密定位，充分利用平面磨床设备，适合大批量工程化应用涡轮导向叶片机械加工工艺流程，提高涡轮导向叶片生产质量与生产效率，满足航空发动机及燃气轮机涡轮导向叶片加工使用。

为达到上述目的，本发明所述一种叶片加工工艺包括以下步骤：

步骤1、将叶片的外缘板凸台磨削至设计尺寸；

步骤2、利用低熔点合金在叶片上加工出定位面，通过定位面对叶片进行定位；

步骤3、将叶片的叶盆楔面磨削至设计尺寸；

步骤4、熔化低熔点合金形成的定位面；

步骤5、去除由于叶片接触过低熔点合金后沾染上的低熔点合金元素；

步骤6、将叶片的排气边缘板磨削至设计尺寸；

步骤7、将叶片的内缘板凸台磨削至设计尺寸；

步骤8、将叶片的叶背楔面磨削至设计尺寸。

进一步的，步骤1中，将叶片固定在磨床设备上，利用磨床设备对叶片的外缘板凸台进行磨削；由定位点A1、A2、B3和B4确定叶片轴向和角向位置，由叶片缘板上的定位点C6’和C6”确定叶片径向位置；其中，定位点A1为叶片的纵截面A叶盆侧最外端的点，定位点B3为叶片的纵截面A最下端的点，定位点A2为叶片的纵截面B叶盆侧最外端的点，定位点B4为叶片的纵截面B最下端的点；定位点点C6’为外缘板6与叶身5的排气边5的交点，定位点点C6”为内缘板4与排气边5的交点。

进一步的，步骤2中，叶片定位包括以下步骤：

S1、以叶片的进气边竖直方向定位点A1和定位点A2，水平方向定位点B3和定位点B4点以及排气边上的定位点B5定位叶片轴向和角向位置；

S2、以叶片外缘板凸台P面定位叶片径向位置；

S3、把叶片上的定位点通过尺寸链计算转移到浇注工装上，叶片固定在浇注工装上后浇注低熔点合金，浇注的低熔点合金在叶片进气侧外缘板上形成第一合金块，在进气侧内缘板上形成第二定位块；以第一合金块的轴向端面为第一合金定位面，以第二合金块的轴向端面为第二合金定位面，以第一合金块的径向内侧端面为第三合金定位面，以第二合金块径的向内侧带角度端面为第四合金定位面。

进一步的，步骤3中，在磨床设备上对叶盆楔面进行磨削，以第一合金定位面和第二合金定位面定位叶片的轴向位置，以第三合金定位面定位叶片径向位置，以第四合金定位面定位叶片角向位置。

进一步的，步骤4的具体过程为：将带有低熔点合金形成的定位面的叶片放到电热炉中的电热斜板上，加热至合金全部熔化，低熔点合金熔化流淌完毕后，再清理掉叶片上的可见低熔点合金。

进一步的，步骤5包括以下步骤：

S1、将叶片浸泡在500g/L～700g/L的硝酸溶液中持续30min～1h，随后在水中清洗、然后中和除掉叶片表面全部溶液痕迹；

S2、检测叶片表面低熔点合金元素含量，当叶片表面低熔点合金元素含量小于1ppm时即认为清理干净；当叶片表面低熔点合金元素含量大于1ppm时，重复S1，直至叶片表面低熔点合金元素含量小于1ppm。

进一步的，步骤6中，磨削叶片排气边缘板时，以叶片纵截面A上的定位点A1和纵截面B上定位点A2定位叶片轴向位置；以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置；以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

进一步的，步骤7中，以叶片排气边缘板M面和N面确定叶片轴向位置；所述M面为外缘板上靠近叶片排气边的侧面，所述N面为内缘板上靠近叶片排气边的侧面；以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置；以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

进一步的，步骤8中，以叶片排气边缘板M面和N面确定叶片轴向位置，所述M面为外缘板上靠近叶片排气边的侧面，所述N面为内缘板上靠近叶片排气边的侧面；以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置；以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

进一步的，步骤1、步骤3、步骤6、步骤7以及步骤8中，所用的磨削设备相同。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，充分采用了工序分散原则，利用普通平磨设备，降低设备成本，可以批量的在生产现场进行流水线生产，同时采用了低熔点合金精密定位方式，转换了加工基准，把空间定位点转换为平面使加工过程可靠稳定，既提高了生产效率又保证了加工质量，能够满足大批量涡轮导向叶片生产，可以广泛用于航空发动机及燃气轮机涡轮导向叶片加工。其中，外径向基准加工是以叶身铸造型面选取点为初始基准，通过加工转换到外缘板凸台的上端面P，避免后续机械加工加工和装夹干涉。为保证定位可靠，根据基准选取原则减少基准转换带来的重复性误差，精密定位仅适用于磨削叶盆楔面，后续机加械工序均采用机械加工后的型面作为定位面进行加工。

本方法采用基准统一原则，将机械加工过精密的表面作为统一基准，不同工序中均尽可能选择相同基准确定叶片的空间位置，避免基准调整或转换带来的系统性误差。

附图说明

图1a为外径向基准加工及定位示意图一；

图1b为外径向基准加工时定位点示意图一；

图1c为外径向基准加工时定位点示意图二；

图1d为外径向基准加工及定位示意图二；

图2a为外径向基准选取示意图；

图2b为定位点选取示意图一；

图2c为定位点选取示意图二；

图2d为定位点选取示意图三；

图3a为第一定位面和第二定位面位置示意图；

图3b为第三定位面和第四定位面位置示意图；

图4a为叶盆楔面加工部位示意图；

图4b为叶片径向和角向定位示意图；

图4c为第一定位面和第二定位面示意图；

图4d为第三定位面和第四定位面示意图；

图5a为排气边缘板加工的定位示意图一；

图5b为排气边缘板加工的定位示意图二；

图5c为为排气边缘板加工的定位示意图三；

图5d为排气边缘板加工的定位示意图四；

图5e为排气边缘板加工示意图；

图6a为内径向基准加工时的定位示意图一；

图6b为内径向基准加工时的定位示意图二；

图6c为内径向基准加工时的定位示意图三；

图6d为内径向基准加工示意图；

图7a为叶背楔面加工时的定位示意图一；

图7b为叶背楔面加工时的定位示意图二；

图7c为叶背楔面加工位置示意图；

图8a为涡轮导向叶片示意图；

图8b为涡轮导向叶片截面图；

附图中：1、叶身，2、进气边，3、楔面，4、内缘板，5、排气边，6、外缘板，7、叶盆，8、叶背，9、外径向基准，10、内缘板凸台，11、第一合金定位面，12、第二合金定位面，13、第三合金定位面，14、第四合金定位面，15、排气边缘板，16、叶盆楔面待加工面，17、叶背楔面，为定位符号。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明适用于单联叶片加工，为后续双联叶片建立加工工艺基准。一种叶片加工工艺，以DD6材料的涡轮导向叶片为例。

一种叶片加工工艺，包括以下步骤：

步骤1、叶片的外径向基准加工，将外缘板凸台磨削至工艺设计尺寸；

步骤2、对利用低熔点合金在叶片上加工出定位面，通过定位面对叶片进行精密定位；

步骤3、将叶盆楔面磨削至设计尺寸；

步骤4、熔化低熔点合金形成的定位面；

步骤5、除污染，去除由于叶片接触过低熔点合金后沾染上的低熔点合金元素；

步骤6、将排气边缘板磨削至设计尺寸；

步骤7、将叶片的内缘板凸台进行加工，将内缘板凸台作为内径向基准磨削至工艺设计尺寸；

步骤8、将叶背楔面磨削至设计尺寸。

步骤1中，选用平面磨床设备M7130，冷却液采用81E对外缘板凸台进行磨削。外径向基准加工是以叶身铸造型面选取点为初始基准，通过加工转换到外缘板凸台的上端面P，避免后续机械加工加工和装夹干涉。其中叶身进气边4点(A1、A2、B3、B4)与内外缘板两点(C6’、C6”)作为定位点基准。其中，A1为叶片的纵截面A叶盆侧最外端的点，B3为叶片的纵截面A最下端的点，A2为叶片的纵截面B叶盆侧最外端的点，B4为叶片的纵截面B最下端的点；点C6’为外缘板6与叶身5的排气边5的交点，点C6”为内缘板4与排气边5的交点.

定位说明：

以叶片的纵截面A和纵截面B(纵截面A和纵截面B根据设计图尺寸坐标确定，以不干涉定位工装为原则)上A1、A2、B3、B4定位点确定叶片轴向和角向位置。以叶片内缘板上C6’、C6”定位点确定叶片径向位置。

通过上述定位方式将叶片安装在磨床设备M7130上，磨削加工外缘板凸台，把叶身C6’、C6”定位点位置转换为外径向基准面P。

加工参数如表所示：

主轴转速(r/min)	进给量(m/min)	切削深度(mm)
			粗磨1440	15	0.04-0.05
精磨1440	15	0.01-0.02

步骤2中，叶片精密定位是采用浇注低熔点合金进行定位，选取叶片3个纵截面A、纵截面B和纵截面C为定位截面，把空间定位点转换为定位平面。

定位过程包括以下步骤：

S1、以叶片上进气边竖直方向A1点和A2点、水平方向B3点和B4点及排气边B5点定位叶片轴向和角向位置。定位点选取以叶片加工和装夹不干涉为原则选取。

S2、以叶片外缘板凸台P面定位叶片径向位置。

S3、把叶片上的定位点A1、A2、B3、B4、B5以及外缘板凸台P面)根据叶片尺寸、工装结构、加工方式通过尺寸链计算转移到浇注工装上，以A1点、A2点、B3点、B4点、B5点及P面设计浇注夹具，用夹具夹持叶片后在叶片上浇注低熔点合金，待低熔点合金冷却后取出叶片，低熔点合金在叶片上形成两合金块，把空间A1、A2、B3、B4、B5及P点转换到低熔点第一合金定位面、第二合金定位面、第三合金定位面和第四合金定位面上以确定叶片轴向、径向、角向位置。以叶片的叶盆至叶背方向为轴向，第一合金定位面位于叶片进气侧外缘板合金块轴向端面，第二合金定位面位于进气侧内缘板合金块轴向端面，第三合金定位面位于叶片进气侧外缘板合金块径向内侧端面，第四合金定位面位于叶片进气侧内缘板合金块径向内侧带角度端面。

采用电热炉熔化低熔点合金，熔化后进行浇注，加热温度：200±20℃。低熔点合金成份：锡(Sn)60％,铋(Bi)40％。

步骤3中，在平面磨床设备M7130上对叶盆楔面的待加工面16进行加工，叶盆楔面待加工面16的加工是以低熔点合金定位冷却液采用81E进行加工。

定位说明：

以第一合金定位面11和第二合金定位面12定位叶片轴向位置(采用两个定位面以过定位保证装夹稳定)。以第三合金定位面13定位叶片径向位置。以第四合金定位面14定位叶片角向位置。

加工参数如下表所示：

主轴转速(r/min)	进给量(m/min)	切削深度(mm)
			粗磨1440	15	0.04-0.05
精磨1440	15	0.01-0.02

步骤4中，熔化合金是去除叶片进气侧内外缘板的低熔点合金块，每个合金块上包含了2个定位面。具体包括以下步骤：

1、采用电热炉熔化低熔点合金块,电热炉中设有电热斜板，熔化合金温度控制到200±20℃。

2、将叶片连同低熔点合金底座放到电热斜板上，加热后低熔点合金可以流淌，加热至合金全部熔化。

3、待低熔点合金熔化流淌完毕后取下叶片并用刷子清理，清理掉所有可见的低熔点合金。

为保证定位可靠，根据基准选取原则减少基准转换带来的重复性误差，精密定位仅适用于磨削叶盆楔面，后续机加械工序均采用机械加工后的型面作为定位面进行加工。

步骤5中，除污染是指除去由于叶片接触过低熔点合金后沾染上的低熔点合金元素。工艺方法如下：

1、将叶片浸泡在500g/L～700g/L的硝酸溶液中持续30min～1h，随后在水中清洗、然后中和除掉叶片表面全部溶液痕迹。

2、用原子吸收法测量用过的硝酸溶液中所含规定元素的浓度与空白试样对比，当叶片表面低熔点合金元素含量小于1ppm时即为清理干净。如叶片表面低熔点合金元素含量大于1ppm时，叶片必须重新进行处理，直至符合要求为止。

步骤6中，选用平面磨床设备M7130对叶片排气边缘板的待加工楔面15进行磨削，磨削叶片排气边缘板是以叶盆楔面、外径向基准和叶身进行定位，冷却液采用81E进行加工。

定位说明：以叶片纵截面A、纵截面B上A1、A2定位点定位叶片轴向位置。

以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置。

以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

加工参数如下表所示：

主轴转速(r/min)	进给量(m/min)	切削深度(mm)
			粗磨1440	15	0.04-0.05
精磨1440	15	0.01-0.02

步骤7中，选用平面磨床设备M7130，将内径向基准磨削至工艺设计尺寸，内径向基准是以叶片排气边缘板、外径向基准和叶盆楔面定位，冷却液采用81E进行加工。

其中：

以叶片排气边缘板M面和N面确定叶片轴向位置，以两个平面过定位保证装夹稳定。M面为外缘板6上靠近叶片排气边5的侧面，N面为内缘板4上靠近叶片排气边5的侧面。以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置。以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

加工参数如下表所示：

主轴转速(r/min)	进给量(m/min)	切削深度(mm)
			粗磨1440	15	0.04-0.05
精磨1440	15	0.01-0.02

步骤8中，用平面磨床设备M7130磨削叶背楔面17，以叶片排气边缘板、外径向基准和叶盆楔面定位加工。冷却液采用81E进行加工。

定位说明：

以叶片排气边缘板M面和N面确定叶片轴向位置，以两个平面过定位保证装夹稳定。以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置。以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

加工参数如下表所示：

主轴转速(r/min)	进给量(m/min)	切削深度(mm)
			粗磨1440	15	0.04-0.05
精磨1440	15	0.01-0.02

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叶片加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将叶片的外缘板凸台磨削至设计尺寸；

步骤2、利用低熔点合金在叶片上加工出定位面，通过定位面对叶片进行定位；

步骤3、将叶片的叶盆楔面(16)磨削至设计尺寸；

步骤4、熔化低熔点合金形成的定位面；

步骤5、去除由于叶片接触过低熔点合金后沾染上的低熔点合金元素；

步骤6、将叶片的排气边缘板(15)磨削至设计尺寸；

步骤7、将叶片的内缘板凸台(10)磨削至设计尺寸；

步骤8、将叶片的叶背楔面(17)磨削至设计尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤1中，将叶片固定在磨床设备上，利用磨床设备对叶片的外缘板凸台进行磨削；由定位点A1、A2、B3和B4确定叶片轴向和角向位置，由叶片缘板上的定位点C6’和C6”确定叶片径向位置；其中，定位点A1为叶片的纵截面A叶盆侧最外端的点，定位点B3为叶片的纵截面A最下端的点，定位点A2为叶片的纵截面B叶盆侧最外端的点，定位点B4为叶片的纵截面B最下端的点；定位点点C6’为外缘板6与叶身5的排气边5的交点，定位点点C6”为内缘板4与排气边5的交点。

3.根据权利要求2所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤2中，叶片定位包括以下步骤：

S1、以叶片的进气边竖直方向定位点A1和定位点A2，水平方向定位点B3和定位点B4点以及排气边(5)上的定位点B5定位叶片轴向和角向位置；

S2、以叶片外缘板凸台P面定位叶片径向位置；

S3、把叶片上的定位点通过尺寸链计算转移到浇注工装上，叶片固定在浇注工装上后浇注低熔点合金，浇注的低熔点合金在叶片进气侧外缘板上形成第一合金块，在进气侧内缘板上形成第二定位块；以第一合金块的轴向端面为第一合金定位面(11)，以第二合金块的轴向端面为第二合金定位面(12)，以第一合金块的径向内侧端面为第三合金定位面(13)，以第二合金块径的向内侧带角度端面为第四合金定位面(14)。

4.根据权利要求3所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤3中，在磨床设备上对叶盆楔面(16)进行磨削，以第一合金定位面(11)和第二合金定位面(12)定位叶片的轴向位置，以第三合金定位面(13)定位叶片径向位置，以第四合金定位面(14)定位叶片角向位置。

5.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤4的具体过程为：将带有低熔点合金形成的定位面的叶片放到电热炉中的电热斜板上，加热至合金全部熔化，低熔点合金熔化流淌完毕后，再清理掉叶片上的可见低熔点合金。

6.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤5包括以下步骤：

S1、将叶片浸泡在500g/L～700g/L的硝酸溶液中持续30min～1h，随后在水中清洗、然后中和除掉叶片表面全部溶液痕迹；

S2、检测叶片表面低熔点合金元素含量，当叶片表面低熔点合金元素含量小于1ppm时即认为清理干净；当叶片表面低熔点合金元素含量大于1ppm时，重复S1，直至叶片表面低熔点合金元素含量小于1ppm。

7.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤6中，磨削叶片排气边缘板(15)时，以叶片纵截面A上的定位点A1和纵截面B上定位点A2定位叶片轴向位置；以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置；以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

8.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤7中，以叶片排气边缘板M面和N面确定叶片轴向位置；所述M面为外缘板(6)上靠近叶片排气边(5)的侧面，所述N面为内缘板(4)上靠近叶片排气边(5)的侧面；以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置；以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

9.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤8中，以叶片排气边缘板M面和N面确定叶片轴向位置，所述M面为外缘板(6)上靠近叶片排气边(5)的侧面，所述N面为内缘板(4)上靠近叶片排气边(5)的侧面；以叶片叶盆楔面E定位叶片角向位置；以叶片外缘板凸台P定位叶片径向位置。

10.根据权利要求1所述的一种叶片加工工艺，其特征在于，步骤1、步骤3、步骤6、步骤7以及步骤8中，所用的磨削设备相同。