CN113894693B - 一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法，沿盘类零件直径方向布置电磁线圈和磁场，利用磁场的变化反复改变磁力线方向，带动磁针运动，实现磁针抛光时轨迹为沿零件直径方向的往复运动，完成磁针对零件表面的磁力抛光，并加工出径向方向的抛光纹理。采用发明的加工方法，可以改善零件表面的纹理，提升相互配合的零件在服役条件下的接触性能，降低零件振动和磨损。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机零部件制造技术领域，涉及一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法。
背景技术
航空发动机盘类零件是叶片安装的载体，对气动、密封等特性起到重要作用，典型航空发动机盘类零件如图1a所示。盘类零件对尺寸精度和表面质量的要求很高，目前航空发动机盘类零件基本采用车削、磨削、钻削、铣削的工艺相组合完成加工，盘身绝大部分表面加工纹理均为圆环状，而对于某些重要配合表面，特别是一些应用在高温部位的盘类零件的端面，设计要求加工表面纹理为沿径向方向的发散状直线，如图1b所示，以提高配合零件间的接触刚度，减少零件的振动和磨损。现阶段尚无有效的手段在零件端面加工出径向纹理。传统工艺方法中只有刨削和插削的加工纹理为直线，但由于加工精度和表面粗糙度难以达到设计要求，以及零件结构与刀具存在干涉等原因，无法采用刨削或插削工艺进行加工。目前实际生产中只能采用手工抛修的方式加工，加工效率低，并且质量一致性较差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法，采用该加工方法能够实现设计要求的径向加工痕迹，进而提高零件间的接触性能，降低整机的磨损及振动。
本发明提供一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法，包括：
步骤1：在盘类零件的安装边内、外止口处分别安装环形夹具，使两个环形夹具的平面与盘类零件的待加工端面平齐；
步骤2：将盘类零件安装到磁力抛光机上，沿零件径向在两个环形夹具的外侧分别布置多个电磁线圈，布置在同一直径上的一对电磁线圈串联连接，多对电磁线圈并联连接；
步骤3：调整零件的待加工端面与电磁线圈中心所在平面的位置，使待加工端面与电磁线圈中心等高或低于线圈中心0～20mm；
步骤4：将磁针均匀的放入零件和两个环形夹具围合成的圆环槽形空间中；
步骤5：将电磁线圈通电，全部磁针在电磁力作用下沿磁力线方向运动，完成对待加工端面的单次抛光；
步骤6：将电磁线圈反向通电，磁力线方向翻转，全部磁针在电磁力作用下反向运动，完成对待加工端面的单次反向抛光；
步骤7：重复进行步骤5和6，完成该部位沿径向方向的磁力抛光；
步骤8：将零件旋转一定角度，重复进行步骤5-7，再次旋转零件进行抛光，直到完成零件待加工端面上所有部位的磁力抛光；
步骤9：将零件拆下并拆除环形夹具和磁针，对零件进行超声波清洗。
在本发明的航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法中，安装在内止口处的环形夹具由小圆环和位于小圆环内圆周处的小环形围挡组成；安装在外止口处的环形夹具由大圆环和位于大圆环外圆周处的大环形围挡组成。
在本发明的航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法中，所述步骤2中盘类零件安装在磁力抛光机的旋转工作台上，在工作台上方设有电磁线圈安装架，电磁线圈安装架安装在竖直丝杠上，沿丝杠垂直运动；所述电磁线圈安装架包括环形支架和多个直线导轨，所述直线导轨均匀沿环形支架直径方向均匀布置在环形支架上，每个直线导轨上设有一对电磁线圈。
在本发明的航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法中，所述电磁线圈安装架设有30个直线导轨，每隔12°设置一个导轨。
在本发明的航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法中，所述步骤4中磁针装入高度为3～10mm。
在本发明的航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法中，进行单次抛光和反向单次抛光时电磁线圈通电电流为1～3A，通电时间为1～20s，每个部位的单次抛光和反向单次抛光重复50～1000次。
在本发明的航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法中，所述步骤8中零件旋转4°进行相邻部位的磁力抛光加工，直至完成零件待加工端面上所有部位的磁力抛光，实现盘类零件的待加工端面径向方向上的抛光轨迹。
本发明的一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法至少具有以下有益效果：
1、目前国内外尚无利用磁力抛光原理实现指定方向加工纹理的工艺方案和相关应用，该项技术属于空白状态。
2、本发明方法通过设计电路产生反复变化方向的局部直线磁场，并依此设计磁力抛光机，可以在零件表面加工出径向方向的纹理，进而提高零件间的接触性能，降低整机的磨损及振动。
3、采用该方法可替代手工抛修，提升加工质量和效率，实现零件性能的提升。
附图说明
图1a是航空发动机盘类零件的示意图；
图1b是加工表面纹理为径向的示意图；
图2是电磁线圈和环形夹具安装示意图；
图3是电磁线圈安装架的结构示意图；
图4是沿直径布置的一对电磁线圈的磁场分布示意图。
具体实施方式
本发明主要提出一种新的磁场分布变化的方案，可依此设计磁力抛光机的电磁线圈排布和连接方式，沿零件直径方向布置电磁线圈，产生直线磁场，利用磁场的变化反复改变磁力线方向，带动磁针运动，完成磁针对零件表面的磁力抛光，由于抛光工具轨迹与原始车削加工痕迹相垂直，因此抛光表面质量更好、效率更高，并且能够表面加工纹理为径向纹理，提高配合零件间的接触刚性，减少零件的振动和磨损。为实现上述目的，本发明的一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法采用如下技术方案：
步骤1：在盘类零件的安装边内、外止口处分别安装环形夹具，使两个环形夹具的平面与盘类零件的待加工端面平齐，如图2所示。
具体实施时，安装在盘类零件1的内止口处的环形夹具由小圆环和位于小圆环内圆周处的小环形围挡组成；安装在外止口处的环形夹具由大圆环和位于大圆环外圆周处的大环形围挡组成；辅助夹具2和3是为了限制磁针行程，防止磁针运动距离过长吸附到电磁线圈4上。
步骤2：将盘类零件安装到磁力抛光机上，沿零件径向在两个环形夹具的外侧分别布置多个电磁线圈，布置在同一直径上的一对电磁线圈串联连接，多对电磁线圈并联连接；
具体实施时，盘类零件安装在磁力抛光机的旋转工作台上，在工作台上方设有电磁线圈安装架，如图3所示。电磁线圈安装架安装在竖直丝杠上，沿丝杠垂直运动；所述电磁线圈安装架包括环形支架6和多个直线导轨7，所述直线导轨7均匀沿环形支架6直径方向均匀布置在环形支架6上，每个直线导轨7上设有一对电磁线圈4，相对设置在同一直线导轨7上的一对电磁线圈4可沿直线导轨7相对滑动。电磁线圈安装架设有30个直线导轨6，每隔12°设置一个直线导轨。直线导轨数量和间隔角度可根据待加工零件的大小进行调整。
步骤3：调整零件的待加工端面与电磁线圈中心所在平面的位置，使待加工端面与电磁线圈中心等高或低于线圈中心0～20mm；
步骤4：将磁针均匀的放入零件和两个环形夹具围合成的圆环槽形空间中；
具体实施时，磁针5装入圆环槽形空间中，装入的高度为3～10mm。
步骤5：将电磁线圈通电，全部磁针在电磁力作用下沿磁力线方向运动，完成对待加工端面的单次抛光；
具体实施时，进行单次抛光时电磁线圈通电电流为1～3A，通电时间为1～20s。通电后电磁线圈产生磁场，取出单独一对磁极可以得出磁场分布如附图4所示。这样，在待加工端面上，全部磁针在电磁力作用下沿磁力线运动，方向由外向内，如图2中磁针箭头运动方向，即完成磁针对零件端面的单次抛光，且实现径向方向上的抛光轨迹。
步骤6：将电磁线圈反向通电，磁力线方向翻转，全部磁针在电磁力作用下反向运动，完成对待加工端面的单次反向抛光；
具体实施时，反向单次抛光时电磁线圈通电电流为1～3A，通电时间为1～20s，通电后电磁线圈产生磁场，磁针沿与步骤5相反方向运动，全部磁针在电磁力作用下沿磁力线运动，方向由内向外，完成磁针对零件端面的单次反向抛光；
步骤7：重复进行步骤5和6，完成该部位沿径向方向的磁力抛光；
具体实施时，每个部位的单次抛光和反向单次抛光重复50～1000次。
步骤8：将零件旋转一定角度，重复进行步骤5-7，再次旋转零件进行抛光，直到完成零件待加工端面上所有部位的磁力抛光；
具体实施时，零件旋转4°进行相邻部位的磁力抛光加工，直至完成零件待加工端面上所有部位的磁力抛光，实现盘类零件的待加工端面径向方向上的抛光轨迹。
步骤9：将零件拆下并拆除环形夹具和磁针，对零件进行超声波清洗。
本发明通过磁场的设计，实现磁力线方向的往复变换。采用两个电磁线圈串联的方式可以在两电磁线圈之间产生直线方向的磁场，控制电路变换电流方向即可产生反向的磁场，反复进行上述过程即可实现磁力线方向的不断变换，进而带动磁针进行往复直线运动完成抛光工作。在圆周方向同时均匀布置多对磁极进行磁力抛光，定时旋转零件角度，最终完成整个圆周上的抛光加工并实现径向纹理。采用发明的加工方法，可以改善零件表面的纹理，提升相互配合的零件在服役条件下的接触性能，降低零件振动和磨损。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种航空发动机盘类零件径向纹理的加工方法，其特征在于，包括：
步骤1：在盘类零件的安装边内、外止口处分别安装环形夹具，使两个环形夹具的平面与盘类零件的待加工端面平齐；
步骤2：将盘类零件安装到磁力抛光机上，沿零件径向在两个环形夹具的外侧分别布置多个电磁线圈，布置在同一直径上的一对电磁线圈串联连接，多对电磁线圈并联连接；
步骤3：调整零件的待加工端面与电磁线圈中心所在平面的位置，使待加工端面与电磁线圈中心等高或低于线圈中心0~20mm；
步骤4：将磁针均匀的放入零件和两个环形夹具围合成的圆环槽形空间中；
步骤5：将电磁线圈通电，全部磁针在电磁力作用下沿磁力线方向运动，完成对待加工端面的单次抛光；
步骤6：将电磁线圈反向通电，磁力线方向翻转，全部磁针在电磁力作用下反向运动，完成对待加工端面的单次反向抛光；
步骤7：重复进行步骤5和6，完成待加工端面沿径向方向的磁力抛光；
步骤8：将零件旋转一定角度，重复进行步骤5-7，再次旋转零件进行抛光，直到完成零件待加工端面上所有部位的磁力抛光；
步骤9：将零件拆下并拆除环形夹具和磁针，对零件进行超声波清洗；
安装在内止口处的环形夹具由小圆环和位于小圆环内圆周处的小环形围挡组成；安装在外止口处的环形夹具由大圆环和位于大圆环外圆周处的大环形围挡组成；
所述步骤2中盘类零件安装在磁力抛光机的旋转工作台上，在工作台上方设有电磁线圈安装架，电磁线圈安装架安装在竖直丝杠上，沿丝杠垂直运动；所述电磁线圈安装架包括环形支架和多个直线导轨，所述直线导轨均匀沿环形支架直径方向均匀布置在环形支架上，每个直线导轨上设有一对电磁线圈；
所述电磁线圈安装架设有30个直线导轨，每隔12°设置一个导轨；所述步骤4中磁针装入高度为3~10mm；
进行单次抛光和反向单次抛光时电磁线圈通电电流为1~3A，通电时间为1~20s，每个部位的单次抛光和反向单次抛光重复50~1000次；
所述步骤8中零件旋转4°进行相邻部位的磁力抛光加工，直至完成零件待加工端面上所有部位的磁力抛光，实现盘类零件的待加工端面径向方向上的抛光轨迹。
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