CN113878410A - 一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，首先将进排气边弦长拉伸40‑80μm进行叶片磨抛模型重构，然后使用阵列磨抛机床+磁流变辅助工装进行叶片加工，后期通过振动光饰对叶片进排气边圆弧进行最终成型；本发明的加工方法不仅可显著提高加工效率，且可最终保证零件的尺寸精度、位置精度及进排气边圆弧形状精度；通过采用该项技术可使公司叶片零件铣削加工效率得到显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法。
背景技术
叶片作为航空发动机核心部件之一，其尺寸精度、位置精度及表面质量直接影响航空发动机的气动性能及疲劳寿命，尤其进排气边圆弧形状精度可影响5%的气动性能；现有叶片加工工艺为通过数控铣削控制尺寸精度、位置精度，通过数控抛光改善表面粗糙度，但是由于叶片刚度较弱，在精密铣削加工中难免因为刀具切削力导致零件变形，实际加工尺寸小于理论加工尺寸，俗称让刀；导致实际加工尺寸与理论加工尺寸不符的现状，且在进排气边抛光过程中，由于叶片进排气边圆弧曲率大，无法实现高形状精度抛光；
现在普遍解决方式为在精加工工序，尽可能小的控制切削力，从而减小加工变形，最终将零件尺寸精度、位置精度控制在公差范围内；在进排气边圆弧抛光过程中尽可能使用小粒度磨粒的抛光工具，但是此种加工也无法完全保证零件尺寸精度、位置精度及进排气边圆弧的形状精度，也有一些学者提出通过仿真或者实际加工结果，对铣削加工及数控抛光程序进行修正，但是由于在实际加工过程中，刀具磨损，机床特性，颤振等不稳定性因素存在，大大增大了此种方法的应用难度，极易产生零件超差。
现有叶片加工工艺为通过数控铣削控制尺寸精度、位置精度，通过数控抛光改善表面粗糙度，针对实际加工尺寸与理论加工尺寸不符,且在进排气边无法实现高形状精度抛光的现状。
发明内容
为解决上述技术问题，提出了一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，具体技术方案如下：
一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，包括如下步骤：
步骤一：首先将叶片加工模型分为叶盆、叶背、进气边圆弧、排气边圆弧四个区域，之后将进排气边相对位置-弦长拉伸40-80μm进行叶片磨抛模型重构，生成新的加工模型；
步骤二：使用叶片理论模型做为驱动体，新的加工模型作为尺寸控制，通过驱动体与加工模型分离技术实现弦长精细调节，并利用加工编程软件实现叶片加工程序的生成；
步骤三：通过夹具对零件进行装夹，使用磁流变辅助夹具对零件进行辅助支撑，在机加机床上进行叶片加工，保证零件的尺寸精度、位置精度；
步骤四：使用抛光编程软件重新生成数控抛光程序，在抛光机床上使用不同的抛光工具及抛光参数对叶盆、叶背、进气边圆弧、排气边圆弧四个区域进行抛光；
步骤五：最后通过振动光饰设备使用不同的振动光饰磨料、磨液及工艺参数，实现进排气边弦长40-80μm余量的去除，并使用测量机进行测量，最终实现叶片进排气边圆弧高形状精度制备。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤三中的装夹的方式为两端固定夹持，一端固定夹持一端辅助支撑，一端固定夹持一端自由，装夹时采用三种方式中的一种即可。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤三中的磁流变辅助夹具包括永磁辅助夹具、电磁辅助夹具；其永磁辅助夹具磁力控制方式包括磁力表座及磁夹控制。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤三中机加机床包括数控铣床、数控磨床和阵列磨抛机床。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤四中的抛光参数需根据原有抛光经验及加工数据进行选取，或根据抛光软件推荐参数进行选取，保证各区域抛光中材料去除基本均匀。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤四中抛光机床包括力控抛光机床和点位控抛光机床；
所述力控抛光机床为主动力反馈控制或被动力反馈控制中的任意一种；
所述主动力反馈控制为通过力传感器和执行器实现抛光力的实时反馈控制；
被动力反馈控制为通过弹簧或气动阀中的任意一种进行压力控制；
其力控制初始判断精度≤50N，力控制灵敏度应≤5N；
所述点位控抛光机床在生成抛光程序时，保证抛光工具与工件间预压量，既抛光轮的弹性变形量大于0.1mm并且小于0.5mm。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为对于进气边圆弧、排气边圆弧所用抛光工具为橡胶基体抛光轮、布基砂带、尼龙基砂带、尼龙抛光轮；
对于叶盆、叶背型面区域所用抛光工具为橡胶基体抛光轮、布基砂带、毛刷、陶瓷纤维刷、百叶轮、尼龙基砂带、尼龙抛光轮、布抛光轮、麻抛光轮、往复挫、布线抛光轮和羊毛抛光轮；
抛光工具的磨料粒度使用顺序为磨料目数逐步由小变大，逐步使用120#、180#、240#、360#、480#、600#、800#、1000#、1500#、2000#、3000#；采用磨料粒度中的两种或多种组合进行抛光。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤五中振动光饰设备包括有岛式振动光饰设备、无岛式振动光饰设备。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤五中振动光饰磨料包括正三棱柱陶瓷磨料、斜三棱柱陶瓷磨料、正圆柱陶瓷磨料、斜圆柱陶瓷磨料、斜截圆柱陶瓷磨料、椭圆形陶瓷磨料、正四面体陶瓷磨料和球形陶瓷磨料。
所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其优选方案为所述步骤五中测量机为三坐标测量机、白光测量机、蓝光测量机中的任意一种。
本发明的有益效果：
本发明的技术方案可显著提高叶片零件的尺寸精度、位置精度及进排气边圆弧形状精度；此种加工方法可有效的提高叶片加工质量，降低总体数控抛光时间，是一种新型的叶片高质、高效、低成本加工方法；
通过采用该项技术可使公司叶片零件铣削加工效率得到显著提升，对于后期叶片的大修加工也可提供技术支撑；随着发动机对产品的质量要求也越来越高，数控加工+数控抛光+振动光饰一体化成型方法还可提高零件的表面完整性；同时该发明在燃气轮机、船用推动器、风力发电机等有叶片结构的表面质量提升上也有广阔的市场需求和应用前景。
附图说明
图1为叶片分区示意图；
图2为数控加工+数控抛光后进排气边圆弧检测结果；
图3为叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法后进排气边圆弧检测结果。
图中，1-叶盆、2-叶背、3-排气边圆弧、4-进气边圆弧。
具体实施方式
以下结合附图1-3和实施例对本发明作进一步详述。
本发明实施例-首先将7级辊轧叶片加工模型分为图1所示的叶盆1、叶背2、进气边圆弧4、排气边圆弧3四个区域,之后将进排气边相对位置——弦长拉伸40微米进行叶片磨抛模型重构，生成新的加工模型。
之后使用叶片理论模型做为驱动体，新的加工模型作为尺寸控制，通过驱动体与加工模型分离技术，并通过UG加工编程软件实现叶片加工程序的生成；
通过快换夹具对零件进行装夹，使用磁流变辅助夹具对零件进行辅助支撑，在阵列磨抛机床上进行叶片加工；加工中先对叶片下半部分加工，然后使用磁流变辅助夹持叶片下半部分，在间隙中灌注磁流变液，使磁流变外部软膜不断膨胀，直至完全柔性贴合叶身；通过永磁磁夹控制磁场使磁流变液激励固化，完成对叶片下半段夹持；
磁流变辅助夹持后，利用加工下半段的工具继续加工上半段，加工参数与加工上半段参数一致，加工完成后将磁流变辅助工装拿下；
然后使用抛光编程软件重新生成数控抛光程序，在阵列磨抛机床上使用400#/2000#CBN橡胶基体抛光轮，并用主轴转速5000r/min，进给速度1000mm/min，预压量0.2mm的加工参数对叶盆1、叶背2、进气边圆弧4、排气边圆弧3四个区域进行抛光；加工后使用白光测量机进行测量，其进排气边圆弧形状如图 2所示；
最后通过振动光饰设备使用正三棱柱陶瓷磨料、斜截圆柱陶瓷磨料、椭圆形陶瓷磨料、正四面体陶瓷磨料四种磨料及ZF113磨液，并用振动频率50Hz加工2小时，加工后使用白光测量机进行测量；测量结果如图3所示，图像最外层和最内层图形为叶片公差最大值和最小值，实测数据与理论公差最大值基本重合，说明通过此种加工方法，可显著提高叶片零件的尺寸精度及进排气边圆弧形状精度，且完全满足设计要求。此种加工方法可有效的提高叶片加工质量，降低总体数控抛光时间，是一种新型的叶片高质、高效、低成本加工方法。
Claims (10)
1.一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：首先将叶片加工模型分为叶盆、叶背、进气边圆弧、排气边圆弧四个区域，之后将进排气边相对位置-弦长拉伸40-80μm进行叶片磨抛模型重构，生成新的加工模型；
步骤二：使用叶片理论模型做为驱动体，新的加工模型作为尺寸控制，通过驱动体与加工模型分离技术实现弦长精细调节，并利用加工编程软件实现叶片加工程序的生成；
步骤三：通过夹具对零件进行装夹，使用磁流变辅助夹具对零件进行辅助支撑，在机加机床上进行叶片加工，保证零件的尺寸精度、位置精度；
步骤四：使用抛光编程软件重新生成数控抛光程序，在抛光机床上使用不同的抛光工具及抛光参数对叶盆、叶背、进气边圆弧、排气边圆弧四个区域进行抛光；
步骤五：最后通过振动光饰设备使用不同的振动光饰磨料、磨液及工艺参数，实现进排气边弦长40-80μm余量的去除，并使用测量机进行测量，最终实现叶片进排气边圆弧高形状精度制备。
2.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤三中的装夹的方式为两端固定夹持，一端固定夹持一端辅助支撑，一端固定夹持一端自由，装夹时采用三种方式中的一种即可。
3.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤三中的磁流变辅助夹具包括永磁辅助夹具、电磁辅助夹具；其永磁辅助夹具磁力控制方式包括磁力表座及磁夹控制。
4.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤三中机加机床包括数控铣床、数控磨床和阵列磨抛机床。
5.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤四中的抛光参数需根据原有抛光经验及加工数据进行选取，或根据抛光软件推荐参数进行选取，保证各区域抛光中材料去除基本均匀。
6.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤四中抛光机床包括力控抛光机床和点位控抛光机床；
所述力控抛光机床为主动力反馈控制或被动力反馈控制中的任意一种；
所述主动力反馈控制为通过力传感器和执行器实现抛光力的实时反馈控制；
被动力反馈控制为通过弹簧或气动阀中的任意一种进行压力控制；
其力控制初始判断精度≤50N，力控制灵敏度应≤5N；
所述点位控抛光机床在生成抛光程序时，保证抛光工具与工件间预压量，既抛光轮的弹性变形量大于0.1mm并且小于0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：对于进气边圆弧、排气边圆弧所用抛光工具为橡胶基体抛光轮、布基砂带、尼龙基砂带、尼龙抛光轮；
对于叶盆、叶背型面区域所用抛光工具为橡胶基体抛光轮、布基砂带、毛刷、陶瓷纤维刷、百叶轮、尼龙基砂带、尼龙抛光轮、布抛光轮、麻抛光轮、往复挫、布线抛光轮和羊毛抛光轮；
抛光工具的磨料粒度使用顺序为磨料目数逐步由小变大，逐步使用120#、180#、240#、360#、480#、600#、800#、1000#、1500#、2000#、3000#；采用磨料粒度中的两种或多种组合进行抛光。
8.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤五中振动光饰设备包括有岛式振动光饰设备、无岛式振动光饰设备。
9.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤五中振动光饰磨料包括正三棱柱陶瓷磨料、斜三棱柱陶瓷磨料、正圆柱陶瓷磨料、斜圆柱陶瓷磨料、斜截圆柱陶瓷磨料、椭圆形陶瓷磨料、正四面体陶瓷磨料和球形陶瓷磨料。
10.根据权利要求1所述的一种叶片进排气边圆弧高形状精度成型方法，其特征在于：所述步骤五中测量机为三坐标测量机、白光测量机、蓝光测量机中的任意一种。
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