航发钛合金叶片数控砂带磨削表面完整性研究

摘要

航空发动机性能很大程度上取决于叶片质量的好坏，并且发动机叶片的质量对发动机的安全性和可靠性也有直接影响。叶片的表面完整性，如叶身表面粗糙度、波纹度以及前后缘与叶身转接圆滑度等，还有叶片的几何形状，如叶片型面曲线、进排气边缘的曲率半径等，对叶片工作气流气动性能影响较大，直接关系到叶片质量的好坏。因此，制造出高质量表面完整性的叶片，对于提升发动机性能和质量有着关键的决定性意义。
　　实现零件高精度、低表面粗糙度值、低残余应力、低硬化层的表面高质量要求，这是现代磨削技术的重要发展趋势，也是零件表面完整性研究的最终目的。
　　课题针对航发叶片的结构特征、难加工的材料特性、高要求的表面完整性等关键要素，开展航发叶片数控砂带磨削工艺的相关研究，研究结果为最终实现航发叶片的全自动数控砂带磨削加工、提高叶片加工效率、降低叶片加工成本、提升叶片加工质量奠定基础。
　　本课题完成的主要研究工作如下：
　　(1)针对航发叶片钛合金材料特性进行分析，研究钛合金叶片数控砂带磨削可磨性分析。
　　(2)进行了航发叶片的结构特点和磨削加工技术难点的工艺性分析，依据复杂自由曲面的成型理论，提出了自由曲面七轴联动数控砂带磨削加工原理，针对叶片数控砂带磨削加工关键技术如装备结构设计、矢量轴压力控制技术、误差补偿技术等几个方面进行研究。
　　(3)针对航发叶片的结构特征、材料特性、表面质量要求以及砂带磨削物理特性，确定航发叶片数控砂带磨削相关工艺路线及参数。详细介绍了砂带磨削试验系统，同时对数据采集设备进行了选用说明；分析了叶片数控砂带磨削工艺方案，初步拟定磨削试验的各项工艺参数；根据表面完整性分析的研究内容，拟定了叶片砂带磨削表面完整性研究方案。
　　(4)开展航发叶片数控砂带磨削工艺试验，针对表面完整性的几个重要评价指标，包括表面微观形貌、表面粗糙度、显微硬度、表层金相组织以及残余应力等，分析磨削过程中砂带线速度、磨削压力、砂带种类及磨粒粒度等对各个指标的影响。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源及主要研究内容

2 航发叶片砂带磨削可磨性分析及表面完整性概述

2.1 砂带磨削技术简介

2.2 航发叶片钛合金材料特性和可磨性分析

2.3 航发叶片材料砂带磨削适应性及有效性分析

2.4 砂带磨削表面完整性

2.5 本章小结

3 航发叶片数控砂带磨削关键技术研究

3.1 航发叶片结构特点和加工技术难点

3.2 叶片型面数控砂带磨削原理

3.3 叶片数控砂带磨削关键技术研究

3.4 本章小结

4 航发钛合金叶片数控砂带磨削工艺试验方案

4.1 砂带磨削试验系统

4.2 磨削试验工艺研究

4.3 试验方案

4.4 本章小结

5 钛合金叶片数控砂带磨削表面完整性分析

5.1 表面粗糙度分析

5.2 钛合金叶片砂带磨削的表面微观形貌

5.3 钛合金叶片砂带磨削表面加工硬化

5.4 钛合金叶片砂带磨削表层金相组织

5.5 钛合金叶片砂带磨削表面残余应力

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 今后工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目