CN115673991B - 一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法。通过设计圆周阵列的夹具，将双安装板叶片采用固定的方式进行精整加工，先固定安装板精整叶身、前后缘和流道，而后固定叶身精整安装板，通过多规格组合磨料优化，最终在叶片叶身表面产生均匀的雪花状纹理，提高了叶片的气动性能和寿命，实现了双安装板叶片全表面自动化精整加工，该方法零件质量可靠稳定、效率高、工人劳动强度低。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法。
背景技术
双安装板叶片是航空发动机应用比较广泛的一种静子叶片，此种叶片作用是增压整流，为发动机提供动力。目前双安装板叶片的叶身、前后缘、流道面与叶身的转接 R在铣加工后或砂带抛光后需要手工抛修达到设计图的表面粗糙度要求，且手工抛光修后叶身的纹理为条状加工纹理，通过文献可知条状加工纹理不仅影响着叶片的气动性能，而且降低了叶片的寿命，而雪花状纹理则可提升气动性能及叶片的寿命。同时安装板上的棱边较多，其倒圆靠手工倒制而成，这种加工方法质量差、生产效率低、工人劳动强度大。由于叶片尺寸较大、重量大，采用自由振动精整加工后，叶身纹理为条状纹理，不同部位还会出现深浅不等的轻微划痕，表面质量被破坏，无法满足要求，且转接R和叶身的加工效果差异较大。
发明内容
本发明公开一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，通过设计圆周阵列的夹具，将双安装板叶片采用固定的方式进行精整加工，先固定安装板精整叶身、前后缘和流道，而后固定叶身精整安装板，通过多规格组合磨料优化，最终在叶片叶身表面产生均匀的雪花状纹理，提高了叶片的气动性能和寿命，实现了双安装板叶片全表面自动化精整加工，该方法零件质量可靠稳定、效率高、工人劳动强度低。
本发明的技术方案是：
一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，包括以下步骤：
步骤1)、根据叶片结构、尺寸及需精整的叶片表面状态选择固定叶片安装板夹具和固定叶身夹具；
步骤2)、首先将叶片和固定叶片安装板夹具安装在圆形无岛振动精整设备中，叶背朝上；然后向圆形无岛振动精整设备中放入多规格组合磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，启动电源开关，设定1-3小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶背、前后缘、流道面和流道面与叶身的转接R处；最后取出磨料，将叶片翻面叶盆朝上，向圆形无岛振动精整设备中放入多规格组合磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，设定1-3小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶盆、前后缘、流道面和流道面与叶身的转接R处，从而获得叶身及流道板表面的雪花状纹理，取出叶片和固定叶片安装板夹具；
步骤3)、首先将步骤2)加工后的叶片和固定叶身夹具安装在圆形无岛振动精整设备中，将叶盆朝上；然后向圆形无岛振动精整设备中放入单一规格磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，设定1-4小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶片安装板；最后取出磨料，将叶片及固定叶身夹具翻面，向圆形无岛振动精整设备中放入单一规格磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，设定1-4小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶片安装板，从而实现叶片安装板的所有棱边的自动化倒圆；若不进行翻面加工，将固定叶身夹具上的定位块整体垫高，保证叶片最下端距离固定叶身夹具底盘的上表面100-300mm，为叶片下表面和圆形无岛振动精整设备底部间留有空间，保证磨料运行通畅。
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，固定叶片安装板夹具的小端设置一个定位面、大端设置两个位面，且两端均与叶片安装板进行固定；为提高加工效率，固定叶片安装板夹具成圆周阵列形式，根据叶片大小加工6-16 个叶片；固定叶片安装板夹具的最大外径比圆形无岛振动精整设备的内径小 100-400mm，即固定叶片安装板夹具与圆形无岛振动精整设备间距离为50-200mm。
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，固定叶身夹具通过设置非金属保护套实现叶身的定位，根据叶盆和叶背的尺寸和形状设计保护套的两定位面，将叶片放在非金属保护套内，再将非金属保护套固定在固定叶身夹具上，并将露在固定叶身外的叶身采用胶带、胶布或保鲜膜进行包裹保护，避免叶身与磨料接触，对叶身造成损伤，造成叶身颜色的差异；保护套材料为聚氨酯橡胶或尼龙，固定叶身夹具的最大外径比圆形无岛振动精整设备的内径小200-400mm，即固定叶身夹具与圆形无岛振动精整设备间距离为100-200mm。
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，步骤1) 叶片和固定叶片安装板夹具安装在圆形无岛振动精整设备中的方式包括：将叶片装在固定叶片安装板夹具上，再将固定叶片安装板夹具连同叶片一同放在圆形无岛振动精整设备中；或先将固定叶片安装板夹具固定在圆形无岛振动精整设备中，再将叶片固定在固定叶片安装板夹具中；固定叶片安装板夹具与圆形无岛振动精整设备的连接方式采用螺栓连接，并加两个螺母防松，或将螺母和螺杆同时打孔并穿入铁丝的方式进行防松。
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，多规格组合磨料的选择为多棱角、小尺寸磨料和少棱角、大尺寸磨料安装3：1-6:1的比例混合而成；多棱角、小尺寸磨料形状包括斜切三棱柱、斜切三角星形、星形、肘形、锥形，磨料形状尺寸为2-6mm，厚度尺寸为5-20mm；少棱角、大尺寸磨料形状包括球形、正切三棱柱、正或斜切圆柱、椭圆形、正切三角星形、圆锥形、抛物体形，磨料形状尺寸为5-10mm，厚度尺寸为10-40mm。
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，单一规格磨料形状包括正切或斜切三棱柱、正切或斜切圆柱、正切或斜切三角星形，磨料形状尺寸为5-10mm。
磨料形状及示例见下表：
表1：磨料形状及示例
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，磨液采用一次性加入方式或定期喷淋方式，一次性加入磨液的容量为圆形无岛振动精整设备容积的1/5-1/2，定期喷淋的磨液喷洒时间为20-30秒，喷洒间隔时间为150-300s，磨液流量300-500L/h。
进一步的，上述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，所述正转和反转交替运行，一次正反转时间应选择10-30分钟。
本发明的优点及有益效果：
1.本发明解决了航空发动机双安装板叶片铣加工或砂带抛后进行人工抛修的现状，在不改变尺寸精度前提下，提高表面质量和加工效率，并获得了预期的雪花状纹理，并实现了叶片全表面自动化精整及棱边的自动化倒圆。
2.本发明多规格组合磨料的选择即保证了叶身、前后缘及流道面的加工一致性，同时通过多规格组合磨料的多角度频繁与叶身接触，获得叶身均匀的雪花状纹理。
3.本发明的方法既可用于双安装板叶片，也可用于单安装板叶片，或用于双轴颈叶片的叶身抛光，还可用于其他结构大尺寸叶片获得均匀的全表面雪花状纹理和及自动化精整和棱边倒圆。
附图说明
图1为双安装板叶片叶盆面示意图；
图2为双安装板叶片叶背面示意图；
图3为固定叶片安装板夹具示意图；
图4为固定叶片安装板夹具中叶片定位面示意图；
图5为固定叶身夹具示意图；
图6为叶片自由式精整方法形成的条状加工纹理光整前后图(放大100倍)
图7为本发明叶片形成的均匀雪花状加工纹理光整前后图(放大100倍)
图中，1-叶盆；2-叶背；3-流道面；4-流道面与叶身的转接R处；5-前后缘、6-小端；7-大端；8-定位面；9-叶片安装板。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细描述:
如图1-5所示，
双安装板叶片以二级静子叶片为例，最大外形尺寸为233mm×107mm×106mm，设计要求叶片安装板倒圆R0.1-0.3，叶身、流道面3、流道面与叶身转接R处4的表面粗糙度均为Ra0.8，以此为例介绍加工步骤：
1)将8个叶片的叶盆1向上安装在固定叶片安装板夹具上，大端7的叶片安装板9的两定位面8和固定叶片安装板夹具的两定位块贴紧，小端6的叶片安装板9放在固定叶片安装板夹具小端定位块上，而后将两块盖板放在叶片大端7和小端6安装板上，拧紧紧固螺钉。而后将安装有叶片的夹具用长螺栓固定在设备上，顶端用两个螺母拧紧放置振动过程中的松动。
2)设备选择圆形无岛振动精整设备，型号R420DL，设备内径1450mm，固定叶片安装板夹具最大外径1100mm，保证固定叶片安装板夹具和设备间有175mm的距离。
3)装入斜切三角星形磨料和正切三棱柱磨料，混合比3：1，磨料比叶片上表面高5mm，斜切三角星形磨料形状尺寸为4mm，厚度尺寸为5mm；正切三棱柱磨料形状尺寸为5mm，厚度尺寸为10mm。
4)启动设备，设定加工时间1.5小时，设备正反转时间15分钟，磨液采用定期喷淋方式，喷洒时间为20秒，喷洒间隔时间为300s，磨液流量500L/h。
5)将磨料卸下，翻面，并加工叶背，装入磨料数量和加工参数同步骤3)和4)。
6)将固定叶片安装板夹具整体卸下，并卸下叶片，而后将叶片装夹在固定叶身夹具的非金属保护套内，并将其固定在固定叶身夹具底座上，用胶带将暴露在外的叶身部分保护好。固定叶身夹具最大外径1250mm，保证固定叶身夹具和设备间有100mm 的距离。
7)为减少翻面次数，将固定叶身夹具上的定位块整体垫高，距离夹具底盘200mm，磨料选正切三棱柱，形状尺寸5mm，厚度尺寸为10mm。磨料比零件上表面高10mm。
8)启动设备，设定加工时间3小时，设备正反转时间15分钟，磨液采用定期喷淋方式，喷洒时间为20秒，喷洒间隔时间为300s，磨液流量500L/h。
9)将磨料卸下，并卸下夹具及零件，清洗叶片。
10)经检测，尺寸全部合格，经检测，叶盆1、叶背2、流道面3、前后缘5及流 道面与叶身的转接R处的表面粗糙度在Ra0.68-R0.72，表面质量一致性好，如图7所 示，表面纹理为雪花状加工纹理，相比自由式精整方法形成的条状加工纹理，提高了 叶片气动性能和疲劳寿命。
Claims (8)
1.一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、根据叶片结构、尺寸及需精整的叶片表面状态选择固定叶片安装板夹具和固定叶身夹具；
步骤2)、首先将叶片和固定叶片安装板夹具安装在圆形无岛振动精整设备中，叶背朝上；然后向圆形无岛振动精整设备中放入多规格组合磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，启动电源开关，设定1-3小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶背、前后缘、流道面和流道面与叶身的转接R处；最后取出磨料，将叶片翻面叶盆朝上，向圆形无岛振动精整设备中放入多规格组合磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，设定1-3小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶盆、前后缘、流道面和流道面与叶身的转接R处，从而获得叶身及流道板表面的雪花状纹理，取出叶片和固定叶片安装板夹具；
步骤3)、首先将步骤2)加工后的叶片和固定叶身夹具安装在圆形无岛振动精整设备中，将叶盆朝上；然后向圆形无岛振动精整设备中放入单一规格磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，设定1-4小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶片安装板；最后取出磨料，将叶片及固定叶身夹具翻面，向圆形无岛振动精整设备中放入单一规格磨料及磨液，磨料浸没叶片上表面5-10mm，设定1-4小时加工时间，采用正转和反转交替运行的方式加工叶片安装板，从而实现叶片安装板的所有棱边的自动化倒圆；若不进行翻面加工，将固定叶身夹具上的定位块整体垫高，保证叶片最下端距离固定叶身夹具底盘的上表面100-300mm，为叶片下表面和圆形无岛振动精整设备底部间留有空间，保证磨料运行通畅。
2.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，固定叶片安装板夹具的小端设置一个定位面、大端设置两个位面，且两端均与叶片安装板进行固定；为提高加工效率，固定叶片安装板夹具成圆周阵列形式，根据叶片大小加工6-16个叶片；固定叶片安装板夹具的最大外径比圆形无岛振动精整设备的内径小100-400mm，即固定叶片安装板夹具与圆形无岛振动精整设备间距离为50-200mm。
3.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，固定叶身夹具通过设置非金属保护套实现叶身的定位，根据叶盆和叶背的尺寸和形状设计保护套的两定位面，将叶片放在非金属保护套内，再将非金属保护套固定在固定叶身夹具上，并将露在固定叶身外的叶身采用胶带、胶布或保鲜膜进行包裹保护，避免叶身与磨料接触，对叶身造成损伤，造成叶身颜色的差异；保护套材料为聚氨酯橡胶或尼龙，固定叶身夹具的最大外径比圆形无岛振动精整设备的内径小200-400mm，即固定叶身夹具与圆形无岛振动精整设备间距离为100-200mm。
4.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，步骤1)叶片和固定叶片安装板夹具安装在圆形无岛振动精整设备中的方式包括：将叶片装在固定叶片安装板夹具上，再将固定叶片安装板夹具连同叶片一同放在圆形无岛振动精整设备中；或先将固定叶片安装板夹具固定在圆形无岛振动精整设备中，再将叶片固定在固定叶片安装板夹具中；固定叶片安装板夹具与圆形无岛振动精整设备的连接方式采用螺栓连接，并加两个螺母防松，或将螺母和螺杆同时打孔并穿入铁丝的方式进行防松。
5.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，多规格组合磨料的选择为多棱角、小尺寸磨料和少棱角、大尺寸磨料安装3：1-6:1的比例混合而成；多棱角、小尺寸磨料形状包括斜切三棱柱、斜切三角星形、星形、肘形、锥形，磨料形状尺寸为2-6mm，厚度尺寸为5-20mm；少棱角、大尺寸磨料形状包括球形、正切三棱柱、正或斜切圆柱、椭圆形、正切三角星形、圆锥形、抛物体形，磨料形状尺寸为5-10mm，厚度尺寸为10-40mm。
6.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，单一规格磨料形状包括正切或斜切三棱柱、正切或斜切圆柱、正切或斜切三角星形，磨料形状尺寸为5-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，磨液采用一次性加入方式或定期喷淋方式，一次性加入磨液的容量为圆形无岛振动精整设备容积的1/5-1/2，定期喷淋的磨液喷洒时间为20-30秒，喷洒间隔时间为150-300s，磨液流量300-500L/h。
8.根据权利要求1所述的一种静子叶片全型面雪花状纹理表面精整工艺方法，其特征在于，所述正转和反转交替运行，一次正反转时间应选择10-30分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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