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編輯時間: 2021-06-04 16:02
磨粒流拋光機讓飛機的心臟-發(fā)動機更長壽！
葉片是航空發(fā)動機零件中非常重要的一類零件，對發(fā)動機的性能起著關鍵的作用。航空發(fā)動機性能很大程度上取決于葉片質量，并且葉片的質量對發(fā)動機的安全性和可靠性也有直接影響。制造出幾何精度高、表面質量好的葉片，對于提升航空發(fā)動機的性能和質量有著重要意義。
航空發(fā)動機葉片屬典型的薄壁復雜自由曲面零件，所使用的材料均為難加工材料，以葉片制造使用率最大的鈦合金為例，鈦合金具有重量輕、強度高、高低溫性能好、耐腐蝕等很多優(yōu)點，但其化學性質活潑，易與刀具材料發(fā)生化學反應，導熱系數(shù)和彈性模量不高，屬于典型的難加工材料。從薄壁形零件的結構特點以及復雜自由曲面的加工特點考慮，影響其加工精度的因素主要有受力變形、受熱變形、振動變形等因素。從以上分析可以看出，葉片的制造難度相當大，葉片最終成形一直是航空發(fā)動機制造中的瓶頸技術。
目前，國內航空發(fā)動機葉片拋光主要采用傳統(tǒng)的手工拋光方式進行。去余量拋光分為粗拋光、半精拋光、精拋光3 個工序，預留余量為0.08~0.12mm。粗拋光主要進行葉型的大幅度修整，對型面的形狀進行嚴格控制。半精拋光主要是消除前道工序的痕跡，降低粗糙度R a 值，修型作用較小。精拋光是在半精拋光的基礎上對型面進行光飾，使其達到圖紙規(guī)定的表面粗糙度要求。
無余量拋光也稱光拋光，一般用較細的膏劑涂在羊毛氈輪或布輪上進行，主要是去除氧化膜，去除的金屬很少（有時去除量幾乎為零），但表面可以達到鏡面光澤。
葉片拋光工序的任務量大，占用了大量的人力資源，手工拋光時產(chǎn)生大量粉塵，嚴重影響到了操作人員的健康。由于葉片的拋光質量由操作人員的熟練程度和操作技巧所決定，從而導致葉片的型面精度、表面質量等關鍵指標產(chǎn)生了人為的誤差，影響了葉片的使用效果。進行葉片自動化拋光技術的研究，保證葉片制造質量，對我國的航空工業(yè)，乃至機械制造業(yè)的許多部門都有重要意義。
1葉片拋光技術分類：
葉片拋光技術主要包括砂輪磨削和磨粒流拋光兩類加工技術。
砂輪磨削技術從最初的普通精度、普通型面的磨削加工向高效率和高精度、復雜自由曲面的加工方向發(fā)展。超硬磨料人造金剛石和立方氮化硼砂輪的應用，使磨削加工精度及加工效率不斷提高，磨削加工應用范圍日益擴大。超硬磨料砂輪具有加工表面粗糙度R a 值低、發(fā)熱小、不易燒傷工件等優(yōu)點，尤其適合于葉片類零件的精密、高效加工。
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磨粒流拋光技術：更擅長復雜性拋光去毛刺
葉片拋光最重要的是什么？效率、精度、均勻性！尤其是精度和均勻性，如果不控制好的話，不僅白忙活，產(chǎn)品都可能報廢！
因為葉片的曲面特性，所以傳統(tǒng)的機械或是人工拋光，對于精度把握和均勻性控制都不太好。我們現(xiàn)在使用磨粒流對葉片拋光，則擁有了更強的可控性。因為磨粒流拋光，使用的是非牛頓流體磨料，具有良好的流動性，在壓力作用下，可以非常均勻地接觸拋光面，進行研磨。并通過壓力、時間以及磨料顆粒度，去控制精度，這是其他工藝不具備的特點。
磨粒流磨料由高分子碳化硅或鉆石顆粒組成，化學穩(wěn)定性高，切削力強，可以在幾分鐘之內完成拋光工作。即使葉片表面需要先涂層，我們也可以對涂層進行拋光，而不會破壞涂層，可以把握極為苛刻的精度要求。
拋光后的葉片，與空氣或是液體摩擦時，摩擦力更小，葉片表面抗氧化性更強，可以顯著提升使用性能與使用壽命。
2航空發(fā)動機葉片拋光的技術難點：
目前，航空發(fā)動機葉片拋光的技術難點有以下幾個主要方面：
（1）型面加工余量不均勻。精鍛鈦合金壓氣機葉片一般采用型面定位，然后進行榫頭的加工，這一加工特點使得以榫頭定位進行型面拋光時，由于基準轉換帶來了型面加工余量不均勻。同時型面受殘余應力影響存在變形，尤其是壓氣機葉片，變形的數(shù)量級與葉片進排氣邊厚度在同一量級，達到0.1mm 以上。
（2）葉片進排氣邊緣曲率半徑極小。小的壓氣機葉片有些甚至會達到R 0.1mm 級別。這就使得葉片進排氣邊緣在進行磨削時，必須采用很小的接觸力進行磨削。此外，進排氣邊磨削時，邊緣散熱條件不好，葉片進排氣邊容易產(chǎn)生燒蝕。
（3）轉接圓弧的形狀復雜且半徑很小。在葉片造型設計過程中，轉接圓弧由流道型面和葉身型面圓滑過渡而成，其圓角為R 2mm 左右，曲率變化很大，給編程帶來了很大困難。無論采用砂輪磨削還是采用砂帶磨削的加工方法，砂輪或砂帶壓緊輪均需小于φ 4mm，砂輪或砂帶壓緊輪的研制難度、使用壽命都面臨很大挑戰(zhàn)。
3葉片拋光技術的發(fā)展趨勢：
針對葉片拋光的技術難點，結合國內外拋光技術現(xiàn)狀，可以總結出葉片拋光技術的發(fā)展趨勢具有以下特點。
（1）葉片型面越來越復雜，出現(xiàn)了寬弦葉片、掠形葉片、弓形葉片等新型結構，專一形式的拋光方法已不能解決葉片全部位的拋光。針對不同結構、不同材料的葉片，需要采用不同的拋光方法，從進給方式、工藝模式、磨具的特殊要求等方面綜合考慮，加工工藝越來越復雜。同時，各部位拋光需要機床的運動形式、規(guī)格參數(shù)差異很大，在同一個機床上完成葉片不同部位的拋光較難實現(xiàn)。因此，多工位、多種加工方式并行的工藝策略更適合于葉片全部位的拋光。砂輪磨削、砂帶磨削兩種技術需要各自發(fā)揮優(yōu)勢、適宜的分工、有機的整合。這對工程技術人員提出了更高的要求，需首先進行充分的工藝試驗，積累大量的工藝數(shù)據(jù)，然后再進行整套拋光設備的開發(fā)。
（2）葉片拋光工藝已不是簡單的去余量和上光，完全演變?yōu)橐环N最終成形的加工方法，是保證葉片最終加工質量的最后一個環(huán)節(jié)。由于葉片加工精度、表面質量要求高，需進行加工過程的在線實時檢測，使機床能根據(jù)磨具狀態(tài)變化進行實時補償。經(jīng)過長時間的拋光過程，磨具的直徑會隨著不斷磨損而逐漸變小，由于機床加工路徑不變，導致磨具與工件會逐漸分離，無法完成拋光過程。磨具實時檢測、實時補償功能可以解決這個問題。每次運動前均要檢測磨具大小，根據(jù)檢測結果調整磨具中心位置，從而保證磨具的切深恒定。
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（3）在葉片大批量生產(chǎn)中，拋光的加工效率顯得尤為重要。解決方案之一是減少離線檢測時間和重復裝夾時間，葉片拋光需要在一次裝夾中完成；解決方案之二是減少機床空走刀時間，同時對可能報廢的葉片采取拯救措施，因此機床須具備自適應加工功能。航空發(fā)動機葉片毛坯型面和進排氣邊誤差均大于允差，為提高拋光效率，加工前需進行毛坯余量分布狀況的測量。根據(jù)測量結果，通過模型重構技術生成現(xiàn)實毛坯狀態(tài)下的模型，判斷是否能夠加工出合格的產(chǎn)品，并在葉型扭轉誤差和軸線彎曲誤差允許范圍內制定個性化的加工程序。此加工程序應基于分層去除的工藝策略，減少機床空走刀，逐步修正葉片的局部誤差。
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4 結論
隨著航空發(fā)動機性能的不斷提高，新材料、新結構的葉片不斷出現(xiàn)，葉型曲線也越來越復雜，給葉片拋光技術帶來了更大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過眾多學者、工程技術人員多年來的不斷努力，我國在葉片拋光工藝和裝備技術上取得了較大的進步，但與國外相比較，國內研究還不夠系統(tǒng)和深入。針對葉片拋光加工精度、加工質量、加工效率等要求，爭取在機床結構設計、在線檢測、實時補償、自適應加工等關鍵技術上取得突破。只有這樣才能快捷有效地提高葉片加工質量，提高我國航空發(fā)動機制造水平。
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