航空发动机精锻叶片数控砂带磨削工艺基础研究

摘要

叶片作为航空发动机的关键零件之一，对航空发动机的性能有着至关重要的影响。叶片在发动机中的功能使命及其工作特点，决定了叶片是发动机中形状复杂、尺寸跨度大、受力恶劣、承载最大零件。它在高温、高压和高速状态下运转，通常需要合金化程度很高的热强钢、钛合金以及高温合金等材料制成，为满足发动机高性能、工作安全性、可靠性及寿命的要求，叶片又必须具有精确的尺寸、准确的形状和严格的表面完整性。
　　 新一代的航空发动机叶片多采用精密锻造方法制造，叶片型面由锻模保证，成型精度高，成型后叶身型面不需要二次加工，但由于此类叶片边缘曲率变化大，加工余量分布不均匀且对气动外形极具敏感，精锻很难满足进排气边加工要求。目前国内精锻叶片边缘加工通常采用普通铣床切边后手工打磨，容易出现叶片弦长超差、截面型线变异、边缘与叶身转接不圆滑等问题，导致叶片废品率较高，产品一致性差，且加工效率低下。为实现航空发动机精锻边缘的高效高精密加工，提出采用数控砂带磨削叶片进排气边的加工方法。
　　 论文的主要研究工作如下：
　　 ①航空发动机叶片常用难加工材料(钛合金和镍基高温合金)砂带磨削适应性及有效性分析。
　　 ②根据航空发动机精锻叶身无余量叶片加工要求和工艺现状，拟定叶片边缘数控砂带磨削加工工艺路线。在自由曲面六轴砂带磨削基础上，通过对单颗磨粒法向接触压力模型分析，提出增加法向接触压力轴控制的七轴联动叶片边缘数控砂带磨削方法，并对接触压力控制方案进行研究。然后，对精锻叶片边缘数控砂带磨削工艺进行分析，确定加工定位基准和走刀方式，并对砂带、接触轮以及磨削用量进行了优化选择。
　　 ③建立精锻叶片边缘余量模型，提取出各磨削刀位点边缘余量值。通过叶片边缘磨削实验，得到材料去除量预测模型，进而得到边缘磨削参数控制模型，并由提取后的边缘余量数据文件，计算出各磨削刀位点所需磨削参数值。
　　 ④开展叶片边缘数控砂带磨削试验，验证提出的叶片边缘磨削材料去除量预测模型和变磨削参数控制叶片边缘当量磨削方法，并对磨削参数控制模型和磨削工艺方法进行优化。在此基础上，提出基于样件测量的加工误差补偿方法，并通过试验验证方法的可行性。