CN117161840A - 一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，包括以下步骤：步骤1，根据涡轮叶片结构，设计专用夹具；步骤2，将带涂层及气膜孔的涡轮叶片安装于专用夹具上，并一同安装于滚磨光整设备中；步骤3，将球形磨料放入球形磨料筛分装置，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮叶片气膜孔，并将筛分后的球形磨料装入滚磨光整设备中，并保证涡轮叶片零件浸没深度；步骤4，将滚磨光整设备开启，设置加工参数，进行滚磨光整加工；步骤5，滚磨光整加工后，将带涂层涡轮叶片取出，并对涡轮叶片零件进行清洗及擦干。可显著提高带涂层及气膜孔的涡轮叶片的加工效率，提高涡轮叶片表面质量，即表面质量一致性好。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机机械加工技术领域，具体涉及一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法。
背景技术
带涂层及气膜孔的涡轮叶片是发动机压气机中的核心部件，对发动机的工作温度及动力性能有着重要的影响。但带涂层及气膜孔的涡轮叶片结构复杂，且材料硬度高，所有叶型及内流道一直依靠手工抛光的方式进行加工，不仅质量稳定性较差，且工作环境恶劣。带涂层涡轮叶片是航空发动机中的关重件，其叶身、叶根及流道表面粗糙度直接影响发动机性能，但手工抛修劳动强度高、表面质量一致性差、加工效果低，造成生产效率低、加工成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，通过球形氧化锆磨料+旋轴光整等新滚磨光整加工方式的优化，可最终实现高质、高效涂层涡轮叶片的制备。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，根据涡轮叶片结构，设计专用夹具；
步骤2，将带涂层及气膜孔的涡轮叶片安装于专用夹具上，并一同安装于滚磨光整设备中；
步骤3，将球形磨料放入球形磨料筛分装置，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮叶片气膜孔，并将筛分后的球形磨料装入滚磨光整设备中，并保证涡轮叶片零件浸没深度；
步骤4，将滚磨光整设备开启，设置加工参数，进行滚磨光整加工；
步骤5，滚磨光整加工后，将带涂层涡轮叶片取出，并对涡轮叶片零件进行清洗及擦干。
所述涡轮叶片为涡轮工作叶片、涡轮导向叶片中的一种。
所述专用夹具用于固定涡轮叶片，其包括位于底端的夹紧块以及位于顶端的安装块，夹紧块与涡轮叶片接触部分设置有凸起的榫头，榫头为橡胶材料制成，凸起榫头与涡轮叶片榫头形状一致，两块夹紧块通过螺栓螺母连接；每个夹紧块顶部两端分别设置有连接柱，连接柱顶部设置有安装块，在涡轮工作叶片的进排气边处安装防冲击引流部分，当为涡轮工作叶片时，位于同一竖向面的其中一组夹紧块和安装块一边焊接一个防冲击引流部分，起到防冲击引流的作用，用于防止进排气边位置出现涂层被冲击脱落，并保证涡轮叶片叶身、叶根、流道各点材料去除均匀；当为涡轮导向叶片时，位于同一竖向面的其中一组夹紧块和安装块一边焊接两个防冲击引流部分。
所述滚磨光整设备为旋轴光整设备、离心光整设备或振动光整设备中的一种。
所述涡轮叶片零件浸没深度，当为旋轴光整设备时浸没深度应大于等于20mm，当为离心光整设备浸没深度应大于等于50mm，当为振动光整设备时浸没深度应大于等于150mm。
当采用旋轴光整设备或振动光整设备时，按照1-4L/h注入速度注入磨液，磨液种类为纯净水或中性磨液中的一种；当采用离心光整设备时，不需要注入磨液。
所述加工参数的设置，当为旋轴光整设备时设备转速为5-60r/min，加工时间为20min-180min；当为离心光整设备时设备转速为10-120 r/min，加工时间为30min-240min；当为振动光整设备时设备振动频率为40-60Hz，加工时间为20min-150min。
所述球形磨料为弹性棕刚玉磨料、碳化硅陶瓷磨料或纯氧化锆陶瓷磨料中的一种或多种，球径为1-30mm。
所述球形磨料筛分装置为振动筛分装置、圆筛筛分装置、超声筛分装置、旋振筛筛分装置或螺旋分圆筛分装置中的一种或多种。
所述涡轮叶片零件清洗采用高压冲洗或超声清洗中的一种或两者的组合。
本发明的技术效果为：
一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，可显著提高带涂层及气膜孔的涡轮叶片的加工效率，提高涡轮叶片表面质量，即表面质量一致性好。且随着新型发动机对产品数量及质量需求的提升，此种加工方法可进一步降低加工成本，并可实现全程自动化加工。同时该发明在燃气轮机、船用推动器等产品的叶片制备上也有广阔的市场需求和应用前景。
附图说明
图1 本发明实施例1带涂层及气膜孔的涡轮工作叶片夹具示意图；
图2 本发明实施例6带涂层及气膜孔的涡轮导向叶片夹具示意图；
1、夹紧块，2、安装块，3、防冲击引流部分，4、机床连接部，5、连接柱，6、涡轮工作叶片，7、涡轮导向叶片，8、气膜孔，9、叶根，10、流道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1，本实施例用于夹紧涡轮工作叶片
一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，根据涡轮工作叶片6结构，设计专用夹具，如图1所示；
所述专用夹具用于固定涡轮工作叶片6，其包括位于底端的夹紧块1以及位于顶端的安装块2，夹紧块1与涡轮工作叶片6接触部分设置有凸起的榫头，榫头为橡胶材料制成，凸起榫头与涡轮工作叶片6榫头形状一致，两块夹紧块1通过螺栓螺母连接；每个夹紧块1顶部两端分别设置有连接柱5，连接柱5顶部设置有安装块2，在涡轮工作叶片6的进排气边处安装防冲击引流部分3，防冲击引流部分3即沿竖向布置的导向柱，位于同一竖向平面内的一组夹紧块1和安装块2一边焊接一个导向柱，因此本实施例中导向柱一共有两根，即如图1所示的左边的一根导向柱焊接在前面的夹紧块1和安装块2上，右边的一根导向柱焊接在后面的夹紧块1和安装块2上，起到防冲击引流的作用，用于防止进排气边位置出现涂层被冲击脱落，并保证涡轮工作叶片6叶身、叶根9、流道10各点材料去除均匀；
步骤2，将带涂层及气膜孔8的涡轮工作叶片6安装于专用夹具的两个夹紧块1之间，且涡轮工作叶片6的榫头与夹紧块1上的凸起榫头对接，同时保证防冲击引流部分3与涡轮工作叶片6的进排气边对接，然后将螺栓穿过夹紧块1上的通孔，并在螺栓的螺杆端安装螺母，通过夹紧块1将涡轮工作叶片6加紧，涡轮工作叶片6安装在专用夹具上之后，将其整体安装在离心光整设备上；
步骤3，弹性棕刚玉磨料以及碳化硅陶瓷磨料按照1：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和碳化硅陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为2mm，碳化硅陶瓷磨料球径为10mm；先后经过振动筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮工作叶片6气膜孔8，并将筛分后的球形磨料装入离心光整设备中，并保证零件浸没深度为60mm；
步骤4，将离心光整设备开启，设置设备转速为20 r/min，加工时间为60min，进行滚磨光整加工；
步骤5，滚磨光整加工后，将带涂层涡轮工作叶片6取出，并对涡轮工作叶片6零件进行高压冲洗，而后用无纺布擦干。
实施例2，实施例2与实施例1的区别在于：
设置设备转速为10 r/min，加工时间为240min。
实施例3，实施例3与实施例1的区别在于：
弹性棕刚玉磨料以及碳化硅陶瓷磨料按照2：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和碳化硅陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为3mm，碳化硅陶瓷磨料球径为20mm；先后经过振动筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮工作叶片6气膜孔8，并将筛分后的球形磨料装入离心光整设备中，并保证零件浸没深度为70mm；
将离心光整设备开启，设置设备转速为120 r/min，加工时间为30min，进行滚磨光整加工。
实施例4，实施例4与实施例1的区别在于：
将涡轮工作叶片置于振动光整设备上进行加工；
弹性棕刚玉磨料以及碳化硅陶瓷磨料按照3：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和碳化硅陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为1mm，碳化硅陶瓷磨料球径为30mm；先后经过圆筛筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，并将筛分后的球形磨料装入振动光整设备中，并保证零件浸没深度为150mm；
开启振动光整设备，振动频率为40Hz，加工时间为150min，并按照1L/h注入速度注入中性磨液，进行振动光整加工。
实施例5，实施例5与实施例4的区别在于：
弹性棕刚玉磨料以及碳化硅陶瓷磨料按照2：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和碳化硅陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为2mm，碳化硅陶瓷磨料球径为15mm；先后经过超声筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，并将筛分后的球形磨料装入振动光整设备中，并保证零件浸没深度为300mm；
开启振动光整设备，振动频率为60Hz，加工时间为20min，并按照4L/h注入速度注入纯净水，进行振动光整加工。
实施例6，本实施例用于夹紧涡轮导向叶片
一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，根据涡轮导向叶片7结构，设计专用夹具，如图2所示；
所述专用夹具用于固定涡轮导向叶片7，其包括位于底端的夹紧块1以及位于顶端的安装块2，夹紧块1与涡轮导向叶片7接触部分设置有凸起的榫头，榫头为橡胶材料制成，凸起榫头与涡轮导向叶片7榫头形状一致，两块夹紧块1通过螺栓螺母连接；每个夹紧块1顶部两端分别设置有连接柱5，连接柱5顶部设置有安装块2，在涡轮导向叶片7的进排气边处安装防冲击引流部分3，防冲击引流部分3即沿竖向布置的导向柱，位于同一竖向面的其中一组夹紧块1和安装块2一边焊接两个导向柱，因此本实施例中导向柱一共有四根，即如图2所示的左边的两根导向柱焊接在前面的夹紧块1和安装块2上，右边的两根导向柱焊接在后面的夹紧块1和安装块2上，起到防冲击引流的作用，用于防止进排气边位置出现涂层被冲击脱落，并保证涡轮导向叶片7叶身、叶根9、流道10各点材料去除均匀；在所述夹紧块1底部设置有机床连接部4；
步骤2，将带涂层及气膜孔8的涡轮导向叶片7安装于专用夹具的两个夹紧块1之间，且涡轮导向叶片7的榫头与夹紧块1上的凸起榫头对接，同时保证防冲击引流部分3与涡轮导向叶片7的进排气边对接，然后将螺栓穿过夹紧块1上的通孔，并在螺栓的螺杆端安装螺母，通过夹紧块1将涡轮导向叶片7加紧，涡轮导向叶片7安装在专用夹具上之后，通过旋轴光整设备连接部分与旋轴光整设备连接固定；
步骤3，将弹性棕刚玉磨料、纯氧化锆陶瓷磨料按照1：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和纯氧化锆陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为3mm，纯氧化锆陶瓷磨料球径为5mm；先后经过旋振筛筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮导向叶片7气膜孔8，并将筛分后的球形磨料装入旋轴光整设备中，并保证零件浸没深度50mm；
步骤4，将旋轴光整设备开启，设置转速为15r/min，加工时间为40min，并按照2L/h注入速度注入纯净水，进行旋轴光整加工；
步骤5，滚磨光整加工后，将带涂层涡轮导向叶片取出，并对涡轮导向叶片7零件进行超声清洗，而后用无纺布擦干。
实施例7，实施例7与实施例6的区别在于：
将弹性棕刚玉磨料、纯氧化锆陶瓷磨料按照2：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和纯氧化锆陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为4mm，纯氧化锆陶瓷磨料球径为15mm；先后经过旋振筛筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮导向叶片7气膜孔8，并将筛分后的球形磨料装入旋轴光整设备中，并保证零件浸没深度20mm；
将旋轴光整设备开启，设置转速为5r/min，加工时间为180min，并按照1L/h注入速度注入纯净水，进行旋轴光整加工。
实施例8，实施例8与实施例6的区别在于：
将弹性棕刚玉磨料、纯氧化锆陶瓷磨料按照4：1放入球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料和纯氧化锆陶瓷磨料均为球形磨料，其中弹性棕刚玉磨料球径为1mm，纯氧化锆陶瓷磨料球径为15mm；先后经过旋振筛筛分装置及螺旋分圆筛分装置进行筛分，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮导向叶片7气膜孔8，并将筛分后的球形磨料装入旋轴光整设备中，并保证零件浸没深度40mm；
将旋轴光整设备开启，设置转速为60r/min，加工时间为20min，并按照4L/h注入速度注入纯净水，进行旋轴光整加工。
Claims (10)
1.一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据涡轮叶片结构，设计专用夹具；
步骤2，将带涂层及气膜孔的涡轮叶片安装于专用夹具上，并一同安装于滚磨光整设备中；
步骤3，将球形磨料放入球形磨料筛分装置，将有破损磨料筛分出去，以防破损磨料堵塞涡轮叶片气膜孔，并将筛分后的球形磨料装入滚磨光整设备中，并保证涡轮叶片零件浸没深度；
步骤4，将滚磨光整设备开启，设置加工参数，进行滚磨光整加工；
步骤5，滚磨光整加工后，将带涂层涡轮叶片取出，并对涡轮叶片零件进行清洗及擦干。
2.根据权利要求1所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述涡轮叶片为涡轮工作叶片、涡轮导向叶片中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述专用夹具用于固定涡轮叶片，其包括位于底端的夹紧块以及位于顶端的安装块，夹紧块与涡轮叶片接触部分设置有凸起的榫头，榫头为橡胶材料制成，凸起榫头与涡轮叶片榫头形状一致，两块夹紧块通过螺栓螺母连接；每个夹紧块顶部两端分别设置有连接柱，连接柱顶部设置有安装块，在涡轮工作叶片的进排气边处安装防冲击引流部分，当为涡轮工作叶片时，位于同一竖向面的其中一组夹紧块和安装块一边焊接一个防冲击引流部分，起到防冲击引流的作用，用于防止进排气边位置出现涂层被冲击脱落，并保证涡轮叶片叶身、叶根、流道各点材料去除均匀；当为涡轮导向叶片时，位于同一竖向面的其中一组夹紧块和安装块一边焊接两个防冲击引流部分。
4.根据权利要求1所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述滚磨光整设备为旋轴光整设备、离心光整设备或振动光整设备中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述涡轮叶片零件浸没深度，当为旋轴光整设备时浸没深度应大于等于20mm，当为离心光整设备浸没深度应大于等于50mm，当为振动光整设备时浸没深度应大于等于150mm。
6.根据权利要求4所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：当采用旋轴光整设备或振动光整设备时，按照1-4L/h注入速度注入磨液，磨液种类为纯净水或中性磨液中的一种；当采用离心光整设备时，不需要注入磨液。
7.根据权利要求4所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述加工参数的设置，当为旋轴光整设备时设备转速为5-60r/min，加工时间为20min-180min；当为离心光整设备时设备转速为10-120 r/min，加工时间为30min-240min；当为振动光整设备时设备振动频率为40-60Hz，加工时间为20min-150min。
8.根据权利要求1所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述球形磨料为弹性棕刚玉磨料、碳化硅陶瓷磨料或纯氧化锆陶瓷磨料中的一种或多种，球径为1-30mm。
9.根据权利要求1所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述球形磨料筛分装置为振动筛分装置、圆筛筛分装置、超声筛分装置、旋振筛筛分装置或螺旋分圆筛分装置中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种带涂层及气膜孔的涡轮叶片滚磨光整工艺方法，其特征在于：所述涡轮叶片零件清洗采用高压冲洗或超声清洗中的一种或两者的组合。
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