DE102009021824A1

DE102009021824A1 - Verfahren zum Kantenentgraten und -verrunden

Info

Publication number: DE102009021824A1
Application number: DE200910021824
Authority: DE
Inventors: Oleksandr Kyrylov; Wolfgang Hennig; Thomas Haubold
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-11-25

Abstract

Beim Kantenentgraten und -verrunden metallischer Bauteile, insbesondere bei Turbinen- und Verdichterscheiben, werden die Bauteile in ein aus Schleifpartikeln bestehendes, in einem Behälter befindliches Schleifmedium eingetaucht. Durch Bewegen des Werkstücks und/oder des Schleifmediums und eine dadurch erzeugte Relativbewegung zwischen den zu behandelnden Kanten und dem Schleifmedium werden die Bauteilkanten zunächst entgratet und anschließend verrundet. Vor der Wirkung des Schleifmediums zu schützende Bauteilflächen werden maskiert. Bei ein und demselben Bauteil oder mehreren gleichen Bauteilen ist somit bei geringem Arbeitsaufwand eine gleichmäßige Kantenausbildung gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kantenentgraten und -verrunden metallischer Bauteile, insbesondere Verdichter- und Turbinenscheiben.
Die scharfen Werkstückkanten von spanabhebend bearbeiteten Werkstücken werden nach der maschinellen spanabhebenden Bearbeitung durch Fräsen, Räumen oder Schleifen bekanntermaßen entgratet und verrundet und anschließend in einem separaten Verfahrensschritt poliert. Das Entgraten und Verrunden kann unter Verwendung aufwendiger Anlagen maschinell durchgeführt werden. Wegen der hohen Qualitätsanforderungen werden die Kanten kritischer Bauteile wie Kompressor- und Turbinenscheiben von Gasturbinentriebwerken manuell mit Bürsten und Schleifwerkzeugen bearbeitet, um die Primär- und Sekundärgrate zu entfernen und die Kanten zu verrunden und so eine durch scharfe Kanten begünstigte Rissbildung weitestgehend auszuschließen. Die manuelle Kantenbearbeitung der Rotorscheiben ist jedoch zeit- und kostenaufwendig. Aufgrund der manuellen Bearbeitung ist der Fertigungsprozess nicht reproduzierbar, das heißt das Entgraten und Verrunden kann hinsichtlich der Form und Abmessung nicht bei jeder Rotorscheibe exakt wiederholt werden, so dass nicht genau identische Bauteile hergestellt werden können und die an kritische Bauteile von modernen Fluggasturbinen gestellten hohen Sicherheitsanforderungen nicht zuverlässig erfüllt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entgraten und Verrunden von rotationssymmetrischen Bauteilen wie Kompressor- und Turbinenscheiben für Flugtriebwerke anzugeben, mit dem die Bauteile bei geringem Zeit- und Kostenaufwand in exakt reproduzierbarer hoher Qualität bearbeitet werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Kanten der Bauteile nach der spanabhebenden Fertigung gemäß einem an sich bekannten Verfahren, das bisher nur zum Polieren von Werkstückoberflächen angewendet wurde, entgratet und verrundet werden, indem die Bauteile in ein aus Schleifpartikeln bestehendes, in einem Behälter befindliches Schleifmedium eingetaucht werden und die Bauteilkanten durch Bewegen des Werkstücks und/oder des Schleifmediums und eine dadurch erzeugte Relativbewegung zwischen den zu behandelnden Kanten und dem Schleifmedium zunächst entgratet und anschließend in demselben oder einem anderen Schleifmedium verrundet werden, wobei vor der Wirkung des Schleifmediums zu schützende Bauteilflächen maskiert werden. Das Verfahren ist zum einen mit einem geringen Zeitaufwand verbunden und insbesondere sind alle Kanten vollständig entgratet und gleichmäßig, das heißt bei demselben Werkstück und bei allen anderen zu behandelnden Werkstücken in der Form und Abmessung identisch, verrundet.
Das Polieren von rotationssymmetrischen Bauteilen, wie zum Beispiel Autofelgen, durch deren Bewegung in einem Schleifmedium ist zwar grundsätzlich bekannt, jedoch wurde das Entgraten und Verrunden der Kanten bei Rotoren für Flugtriebwerke – trotz der dringenden Forderung nach Verringerung des Zeitaufwandes bei verbesserter Qualität, bisher immer in einem separaten Bearbeitungsschritt vor der Oberflächenbehandlung durchgeführt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird dem Bauteil in einem ruhenden Schleifmedium eine rotierende oder alternierend rotierende und/oder kreisförmige und/oder horizontal oder vertikal hin- und hergehende oder eine taumelnde Bewegung erteilt.
In Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Schleifmedium Siliziumkarbid- und/oder Aluminiumoxid-Partikel. Vorzugsweise erfolgt das Entgraten und Verrunden mit Siliziumkarbid-Partikeln oder Aluminiumoxid-Partikeln.
In weiterer Ausbildung der Erfindung enthält das Schleifmedium Wasser, das auch zum Wegspülen des abgeschliffenen Kantenmaterials und des Abriebs an Schleifmedium dient, wobei das Wasser auch kontinuierlich zu- und abgeführt werden kann. Dem Wasser können auch Schaumbrems- und Korrosionsschutzmittel zugemischt sein.
In Ausgestaltung der Erfindung kann das Entgraten und Verrunden alternativ in einem trockenen Schleifmedium durchgeführt werden.
Zur Einflussnahme auf die Wirkung des Schleifmediums kann zur Veränderung des Schleifdruckes die Eintauchtiefe des Bauteils im Schleifmedium verändert werden oder die Relativgeschwindigkeit zwischen den zu bearbeitenden Kanten und dem Schleifmedium über die Drehgeschwindigkeit oder die Schleifrichtung über die Art der Bewegung des zu behandelnden Bauteils eingestellt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Entgraten und Verrunden der Kanten einer Verdichterscheibe für ein Gasturbinentriebwerk; und
2 eine Draufsicht der Vorrichtung nach 1.
Eine in einem Fräsprozess aus Titan gefertigte Verdichterscheibe 1 für ein Gasturbinentriebwerk ist an einem mit einer Antriebsvorrichtung verbundenen Bewegungseinheit 2 mittels einer Spannvorrichtung 3 befestigt. Die Bewegungseinheit 2 – und damit auch die Verdichterscheibe 1 – kann eine kontinuierlich oder vorwärts und rückwärts um eine Achse rotierende Bewegung gemäß Pfeil 4 und/oder eine kreisende Bewegung gemäß Pfeil 5 und/oder eine Auf- und Abbewegung gemäß Pfeil 6 oder gegebenenfalls auch eine Taumelbewegung ausführen. Die an der Bewegungseinheit 2 befestigte Verdichterscheibe 1 mit an ihren nach der zuvor erfolgten spanabhebenden Bearbeitung verbliebenen scharfen Kanten und Graten wird vollständig in einen mit einem aus Siliziumkarbid und Wasser sowie Schaumbrems- und Korrosionsschutzmittel bestehenden Schleifmedium 7 gefüllten, ruhenden Schleifbehälter 8 eingetaucht und führt – gemäß dem vorliegenden Beispiel – in dem Schleifmedium eine um eine senkrechte Achse rotierende und darüber hinaus eine kreisende Drehbewegung aus. Bestimmte Bereiche der Rotorscheibe, die nicht mit dem Schleifmittel in Kontakt kommen dürfen, wurden zuvor abgedeckt (maskiert). Aufgrund der sich entlang den Kanten bewegenden Siliziumkarbidpartikel kann der an den Kanten vorhandene Primärgrat oder der noch kleinere Sekundärgrat entfernt werden. Durch das in dem Schleifmedium enthaltene Wasser werden die abgetragenen Metallpartikel sowie Schleifmittelabrieb weggespült. Eine kontinuierliche Wasserzu- und -abfuhr ermöglicht auch ein Austragen der abgeschliffenen Metallpartikel und des Schleifmittelabriebs aus dem Schleifbehälter.
Die Wirkung des Schleifmediums 7 kann in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe in das Schleifmedium und den dadurch veränderten Druck beeinflusst werden. Zudem kann die Verdichterscheibe auch in entgegen gesetzter Richtung gedreht und auch auf- und ab bewegt werden. Auch einen Taumelbewegung ist denkbar, so dass letztlich die Schleifpartikel in allen Richtungen entlang der Werkstückkanten bewegt werden und die Grate entfernt werden. Die Größe der Schleifpartikel lag in dem erwähnten Ausführungsbeispiel zwischen 2 und 8 mm. Sie wird aber so gewählt, dass die Schleifpartikel nicht in von dem Bauteil gebildeten Zwischenräumen verklemmen können. Es können auch trockene Schleifmedien eingesetzt werden. Die abrasive Wirkung ist in diesem Fall jedoch geringer. Bei der Verwendung von Siliziumkarbid können nach dem Entgraten – falls erforderlich – zwar gratfreie, aber noch relativ scharfe Kanten zurückbleiben, die im weiteren Verlauf der Bearbeitung auch verrundet werden können. Als Schleifmedium für das Verrunden der Kanten können aber auch vorzugsweise Aluminiumoxidpartikel eingesetzt. Denkbar ist auch ein Gemisch aus Siliziumkarbid- und Aluminiumoxid-Partikeln.
Im Ergebnis der so durchgeführten Bearbeitung der Verdichterscheibe werden alle vorhandenen Kanten derselben Verdichterscheibe und auch die Kanten weiterer zu behandelnder Verdichterscheiben gleichmäßig, das heißt in einer definierten, durch die Schleifparameter (Schleifmittel, -geschwindigkeit, -dauer, Werkstückbewegung, Eintauchtiefe, Nass- oder Trockenschleifen) gesteuerten und reproduzierbaren Kontur, und mit gegenüber der bekannten Verfahrensweise deutlich verringertem Aufwand sowie in hoher Qualität entgratet und verrundet. In dem gleichen Verfahrensschritt wird die Oberfläche der Verdichterscheiben an den nicht maskierten Bereichen geglättet und verfestigt.
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vorteilhaft können auch die Kanten von kompletten, aus mehreren Scheiben zusammengesetzten Rotortrommeln ebenso wie die Kanten einzelner Schaufeln oder auch Blisks oder Blisktrommeln entgratet und verrundet werden. Das Schleifen kann – nass oder trocken – auch bei ruhendem Werkzeug und bewegtem Schleifbehälter/Schleifmedium und mit anderen Schleifmitteln durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Kantenentgraten und -verrunden metallischer Bauteile, insbesondere Verdichter- und Turbinenscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile in ein aus Schleifpartikeln bestehendes, in einem Behälter befindliches Schleifmedium eingetaucht werden und die Bauteilkanten durch Bewegen des Werkstücks und/oder des Schleifmediums und eine dadurch erzeugte Relativbewegung zwischen den zu behandelnden Kanten und dem Schleifmedium zunächst entgratet und anschließend verrundet werden, wobei vor der Wirkung des Schleifmediums zu schützende Bauteilflächen maskiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bauteil in einem ruhenden Schleifmedium eine rotierende oder alternierend rotierende und/oder kreisförmige und/oder horizontal oder vertikal hin- und hergehende oder eine taumelnde Bewegung erteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel aus Siliziumkarbid- und/oder Aluminiumoxid-Partikeln besteht
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgraten mit Siliziumkarbid-Partikeln und das Verrunden mit Aluminiumoxid-Partikeln durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmedium Wasser enthält, wobei abgeschliffenes Kantenmaterial und Schleifmittelabrieb durch das Wasser weggespült wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser kontinuierlich zu- und abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser Schaumbrems- und Korrosionsschutzmittel zugemischt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgraten und Verrunden in einem trockenen Schleifmedium durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Schleifdruckes und damit zur Einstellung der Schleifleistung die Eintauchtiefe des Bauteils im Schleifmedium verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Schleifleistung die Relativgeschwindigkeit zwischen den zu bearbeitenden Kanten und dem Schleifmedium über die Drehgeschwindigkeit des zu behandelnden Bauteils variabel ist.