CN117359506A - 一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭式整体叶盘叶间通道镜面喷砂+磨粒流组合光整加工方法，包括以下步骤：1)将整体叶盘的叶间通道划分为喷砂区和非喷砂区；2)对非喷砂区作表面防护处理；3)采用手动喷砂工艺对叶间通道喷砂区进行加工，直到表面粗糙度降至工序值；4)清除非喷砂区的表面防护；5)采用磨粒流光整加工工艺对整个叶间通道进行精加工，直到表面粗糙度满足图纸要求。本发明将加工定域性好、加工效率高的喷砂工艺与加工可达性好、加工质量高的磨粒流光整加工工艺相结合，能够取长补短，博采众长，实现闭式整体叶盘叶间通道高均匀性、高效率、低成本光整加工目标。
Description
技术领域
本发明属于光整加工技术领域，具体涉及一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法。
背景技术
闭式整体叶盘是航空发动机和燃气轮机的关键核心零部件之一，一般采用不锈钢、钛合金、镍基合金等耐高温难切削材料，叶片弯扭、数量多，叶间通道狭窄，加工可达性差，且加工精度和表面质量要求高，是国内外公认的难加工工件。
电火花加工技术由于加工可达性好、加工精度高、材料适用广泛、无宏观切削力，因而特别适合闭式整体叶盘叶间通道精密加工。经过七十多年发展，已经成功用于解决国内外多种型号闭式整体叶盘的整体制造难题。
虽然电火花成形加工能够保证闭式整体叶盘叶间通道的加工精度和表面粗糙度均匀性，但利用该技术获得图纸要求的表面粗糙度(Ra0.8μm)效率较低，加工成本较高，难以满足批量化生产需求。因此，电火花成形加工仍需与后续光整加工工艺相结合，从而兼顾加工质量、加工效率和加工成本。
发明内容
本发明需要解决的技术难题是寻求一种加工均匀性好、加工效率高、加工成本低的闭式整体叶盘叶间通道光整加工方法，为此本发明采取的技术方案为：
一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，包括以下步骤：
步骤1、将闭式整体叶盘的叶间通道划分为喷砂区和非喷砂区；
步骤2、对非喷砂区作表面防护处理；
步骤3、采用手动喷砂工艺对叶间通道喷砂区进行加工，直到表面粗糙度降至工序值；
步骤4、清除非喷砂区的防护涂层；
步骤5、采用磨粒流光整加工工艺对整个叶间通道进行精加工，直到表面粗糙度满足图纸要求。
本发明基于以下原理：
喷砂工艺具有加工定域性好、操作简单、加工效率高、加工成本低的技术优势，但是其加工可达性较差，且加工表面难以获得磨削纹理，无法作为叶间通道终加工工艺。磨粒流光整加工具有加工可达性好、加工效率高、表面质量好、加工成本低的技术优势，但该技术用于闭式整体叶盘叶间通道的加工均匀性较差，具体表现为内环面、外环面和叶根R角处的光整加工效率低于叶片，制约了该技术在闭式整体叶盘中的应用。因此，将喷砂工艺和磨粒流光整加工相结合，能够兼顾加工均匀性、加工效率和加工成本。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述闭式整体叶盘叶间通道在光整加工前利用电火花成形加工获得，表面粗糙度平均值控制为Ra1.0μm～Ra2.0μm。
上述步骤1中的喷砂区为内环面、外环面和叶根R角，其他叶间通道表面为非喷砂区。
上述步骤2中的非喷砂区域防护处理采用喷涂或者贴膜实现。防护处理采用喷涂实现时，优选冷喷涂工艺，涂层厚度不小于0.1mm，且涂层固化后硬度不低于30HRC。防护处理采用贴膜实现时，优选铝箔胶带，且胶带厚度不小于0.1mm。
上述步骤3中内环面、外环面在喷砂后表面粗糙度工序值不大于喷砂前表面粗糙度平均值的0.5倍，且不低于图纸要求。此外，叶根R角在喷砂后表面粗糙度值需要达到图纸要求。
上述步骤5采用的磨粒流光整加工使用具有粘弹性的固液两相混合物流体磨料，优选碳化硅流体磨料，且碳化硅磨粒粒度不大于80目。
本发明具有以下有益效果：
通过将喷砂工艺的加工定域性好的技术优势和磨粒流光整加工可达性好、表面质量高的技术优势相结合，能够实现闭式整体叶盘叶间通道高均匀性加工目标。
喷砂和磨粒流光整加工具有加工效率高、加工成本低的共性优势，因此组合工艺能够实现闭式整体叶盘叶间通道高效、低成本光整加工。
该组合工艺不仅适用于闭式整体叶盘，而且适用于敞开式整体叶盘；不仅适用于电火花成形加工的整体叶盘，而且适用于增材制造整体叶盘。
附图说明
图1是本发明实施例中的闭式整体叶盘结构示意图。
图2是本发明实施例中的闭式整体叶盘叶间通道区域划分示意图。
图3是本发明实施例中的闭式整体叶盘叶间通道喷砂工艺示意图。
图4是本发明实施例中的闭式整体叶盘叶间通道磨粒流光整加工示意图。
图中，1-外环面，2-叶根，3-叶身，4-内环面，5-叶间通道喷砂区，6-喷枪，7-磨粒流光整加工夹具。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1～4所示。
某闭式整体叶盘零件由叶片、外环和内环组成，叶片在叶盘上呈现圆形分布，并被外环和内环围在中间。叶间通道由外环面1、叶根2、叶身3、内环面4包围而成。该零件材料为镍基合金GH4169，图纸要求的叶间通道表面粗糙度值为Ra<0.8μm。前一道工序采用电火花成形加工完成叶间通道，此时表面粗糙度值为Ra2.0μm，在此基础上需要利用光整加工将叶间通道表面粗糙度值降至图纸设计值。
按照本发明提出的喷砂+磨粒流组合光整加工方法，设计以下加工步骤：
1)叶间通道喷砂区域划分。首先对叶间通道进行喷砂区域划分。喷砂区包括外环面1、叶根2和内环面4，非喷砂区为叶身3。
2)非喷砂区表面防护处理。由于本零件的叶片在径向方向接近直纹面形状，因而表面防护采用贴膜实现时，选择铝箔胶带，胶带厚度0.15mm。
3)采用喷枪6对叶间通道喷砂区5进行手动喷砂，直到表面粗糙度降至Ra1.0μm。喷砂采用黑色碳化硅磨粒，先用80目粒度的磨料粗加工，然后用120目粒度的磨料精加工。
4)喷砂结束后，手动撕下叶身表面的胶带，此时叶身表面可能有胶残留，可以在后续磨粒流光整加工中彻底去除，因而无需处理。
5)采用夹具7对完成喷砂的工件进行双向磨粒流光整加工，工艺参数如下：磨粒为黑色碳化硅，磨粒质量分数60％，流体磨料粘度为8000Pa·s(采用博勒飞旋转粘度计测量，测量温度20℃)，流体磨料密度1650kg/m3，机床工作压力为5.5MPa，无背压，加工室温20℃，流体磨料温度22～25℃，流体磨料总用量8800kg。
磨粒流光整加工结束后，叶间通道表面粗糙度值测量值为Ra0.8～0.6μm，材料去除量总深度为0.08～0.11mm，加工均匀性较好，满足图纸要求。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将闭式整体叶盘的叶间通道划分为喷砂区和非喷砂区；
步骤2、对非喷砂区作表面防护处理；
步骤3、采用手动喷砂工艺对叶间通道喷砂区进行加工，直到其表面粗糙度降至工序值；
步骤4、清除非喷砂区的防护涂层；
步骤5、采用磨粒流光整加工工艺对整个叶间通道进行精加工，直到表面粗糙度满足图纸要求。
2.根据权利要求1所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述闭式整体叶盘叶间通道在光整加工前利用电火花成形加工获得，表面粗糙度平均值控制为Ra1.0μm～Ra2.0μm。
3.根据权利要求1所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述步骤1中的喷砂区为内环面、外环面和叶根R角，其他叶间通道表面为非喷砂区。
4.根据权利要求1所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述步骤2中的表面防护处理采用喷涂或者贴膜实现。
5.根据权利要求4所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述表面防护处理采用喷涂实现时，选用冷喷涂工艺，涂层厚度不小于0.1mm，且涂层固化后硬度不低于30HRC。
6.根据权利要求4所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述表面防护处理采用贴膜实现时，选用铝箔胶带，且胶带厚度不小于0.1mm。
7.根据权利要求3所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述步骤3中内环面、外环面在喷砂后表面粗糙度工序值不大于喷砂前表面粗糙度平均值的0.5倍，且不低于图纸要求。
8.根据权利要求3所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述步骤3中叶根R角在喷砂后表面粗糙度值需要达到图纸要求。
9.根据权利要求1所述的一种闭式整体叶盘叶间通道喷砂+磨粒流组合光整加工方法，其特征在于，所述步骤5采用的磨粒流光整加工使用具有粘弹性的固液两相混合物流体磨料。
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