定向合金材料渦輪工作葉片加工技術(shù)研究論文

時間：2024-09-19 20:38:20 材料畢業(yè)論文我要投稿

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　　摘要：本文介紹了某定向合金材料工作葉片加工工藝技術(shù)方法，重點闡述了定向合金材料采用機(jī)械壓緊方式進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的方法和加工特點，對于研制過程中的關(guān)鍵及存在困難地方進(jìn)行介紹和總結(jié)。對以后加工同類型的零件具有指導(dǎo)和借鑒意義。

定向合金材料渦輪工作葉片加工技術(shù)研究論文

　　論文關(guān)鍵詞：基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,緩進(jìn)磨削,磨削裂紋

　　1、前言

　　隨著燃?xì)廨啓C(jī)研制的不斷發(fā)展，對動力渦輪的葉片加工需求也在不斷變化。采用傳統(tǒng)工藝方法進(jìn)行新品葉片的研制加工，逐漸顯露出一些不足。對于一些新工藝、新方法的有益嘗試，顯得越來越重要。

　　定向結(jié)晶高溫合金材料，是傳統(tǒng)的難加工材料，采用車、銑等加工方法來實現(xiàn)材料的去除是較為困難的。工藝上一般均采用磨削方式進(jìn)行加工。磨削方式（尤其是緩進(jìn)磨方式）加工的切削力較大，因此要求葉片的定位、壓緊要牢固、可靠。

　　由于無余量精鑄葉片的毛料基準(zhǔn)點大都設(shè)在葉身上，為避免對定向合金材料直接壓緊而導(dǎo)致材料再結(jié)晶，傳統(tǒng)工藝路線是首先采用精密定位方式進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，將葉身上的毛料基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到規(guī)矩的定位方箱上，從而保證葉片加工時，葉片定位、壓緊的可靠性。隨著精密定位工藝的大量應(yīng)用，帶來的問題也越來越多。首先，錫、鉍等金屬對高溫合金材料的性能有很大影響，如果去除不凈存在較大的隱患。其次，精密定位方法的生產(chǎn)效率不高，污染較重。再有，精密定位方箱的制造數(shù)量大、成本高，且方箱數(shù)量制約著零件的周轉(zhuǎn)數(shù)量。

　　因此，擬采用機(jī)械壓緊的方式進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，通過工藝研究解決機(jī)械壓緊方式壓傷、壓緊穩(wěn)定性等問題，進(jìn)而完成機(jī)械加工的整個過程。

　　作者簡介：姜紹西，男，1975年生，中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限公司葉片加工廠。研究方向弱剛性零件機(jī)械加工。公開發(fā)表論文多篇。

　　2、研制加工的難點

　　采用機(jī)械壓緊方式進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而采用轉(zhuǎn)換后的基準(zhǔn)進(jìn)行榫齒以及其它工序的加工，是定向合金材料渦輪工作葉片加工的一種新的嘗試，也同樣需要解決如基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的可靠性、定位的穩(wěn)定性、壓緊防壓傷等問題。本文采用機(jī)械壓緊方式進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生材料再結(jié)晶現(xiàn)象。采用葉片榫齒緩進(jìn)磨成型磨削試驗，避免磨削裂紋。

　　3、試驗方案的確定及實施

　　3.1 工藝路線的制定

　　該葉片工藝路線主要依據(jù)有關(guān)圖紙及文件來制定。首先進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，選擇毛料的六個定位點定位、壓緊，磨加工出基準(zhǔn)。然后利用轉(zhuǎn)出的基準(zhǔn)進(jìn)行榫齒的磨削加工，接著以榫齒為基準(zhǔn)進(jìn)行葉片榫頭及其它部位的加工。

　　機(jī)加工前，首先安排固熔熱處理。機(jī)加后，進(jìn)行時效熱處理等其它工序。其工藝路線如下：

　　毛料→磨基準(zhǔn)→磨榫齒→磨盆、背向緣板→磨進(jìn)、排氣邊緣板→磨進(jìn)氣邊榫頭側(cè)面→特種工藝

　　3.2 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

　　3.2.1 設(shè)計基準(zhǔn)及工藝轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)

　　毛料基準(zhǔn)點選擇如圖一所示，在榫頭背向延伸段上選取A1、A2兩點，葉背型面的截面上選擇一點A3，從而構(gòu)成一個平面，限制了Y軸平移和Z軸、X軸旋轉(zhuǎn)。在榫頭和葉冠側(cè)面緣板上各選取一點B4、B5點，限制了Y軸旋轉(zhuǎn)和X軸平移。而在軸向方向選取一點F6點，限制了Z軸平移。這樣葉片六個方向自由度被完全限制。

　　圖一毛料基準(zhǔn)點示意圖

　　由于直接采用六個定位點進(jìn)行定位、壓緊來加工榫齒，其機(jī)械加工的穩(wěn)定性差，尤其是榫頭延伸段兩個點定位，榫齒磨削中承擔(dān)著絕大部分的壓緊力。直接壓緊可能會造成葉片壓緊變形。為此，工藝安排基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，將延伸段兩個定位點轉(zhuǎn)換到榫頭緣板上，用小平面代替定位點。（見圖二）。

　　圖二基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換工藝要求

　　3.2.2 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換工裝的設(shè)計

　　由于葉身A3點和F6點均在葉背上，轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)只能選擇在背向緣板上。基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時，只能采用以背向定位，加工背向基準(zhǔn)這種“反定位”的方式進(jìn)行。這給基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的工裝設(shè)計帶來了難度。主要表現(xiàn)在：

　　1）以背向定位、盆向壓緊，反向裝夾葉片困難。

　　2）由于背向延伸段定位基準(zhǔn)A1、A2點與加工面同在一個方向，需要避免加工干涉。

　　3）避免將延伸段兩點作為加工的主要受力點。

　　我們設(shè)計了基準(zhǔn)加工的專用工裝，該工裝依然以毛料六個定位點定位、壓緊，但通過一些輔助結(jié)構(gòu)巧妙的解決了上述問題。結(jié)構(gòu)圖見圖三）。

　　圖三夾具結(jié)構(gòu)圖

　　首先，夾具設(shè)計采用了類似正弦規(guī)的可翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，整個夾具體可沿著轉(zhuǎn)軸180°翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)后，以背向六點基準(zhǔn)定位安裝葉片，壓緊壓蓋（壓蓋可翻轉(zhuǎn)），整個夾具體沿轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)180°（翻轉(zhuǎn)示意圖見圖四）。這種設(shè)計方法解決了反向裝夾葉片困難的問題。

　　圖四夾具體翻轉(zhuǎn)示意圖

　　其次，將葉背的A1、A2、A3點三點設(shè)計在一個定位板條上，定位板條為長條形狀，其寬度可將三個基準(zhǔn)點包圍起來，同時露出被加工表面。加工時，將兩片砂輪合并，中間用砂輪墊圈分隔，砂輪墊圈厚度比基準(zhǔn)板寬度略寬（見圖五），從而避免加工面與定位點干涉問題。

　　圖五夾具基準(zhǔn)板條示意圖

　　夾具體整體翻轉(zhuǎn)，裝夾葉片后壓緊壓蓋，緣板壓緊塊和葉身壓緊塊對葉片緣板實現(xiàn)壓緊。夾具體回轉(zhuǎn)，壓緊夾具體。實際加工中，實際主要承載加工力的為緣板壓緊塊（見圖六）。不再以延伸段兩點作為加工的主要受力點。避免了榫齒磨削中造成葉片壓緊變形。

　　圖六夾具壓緊結(jié)構(gòu)示意圖

　　通過對小批量試驗件進(jìn)行試驗加工，加工尺寸合格且穩(wěn)定，說明夾具設(shè)計能夠滿足工藝要求。

　　3.3磨榫齒

　　3.3.1 磨榫齒的要求

　　該工作葉片的榫頭結(jié)構(gòu)見圖六。由于榫齒磨削以榫頭背向緣板小平面為基準(zhǔn)，工序中無法將盆、背榫齒加工出的同時加工出來，只能分開單獨加工。

　　圖六榫齒加工技術(shù)要求

　　3.3.2 磨榫齒工序定位基準(zhǔn)點的選定

　　為盡可能減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換造成的公差分配，減小加工難度，工藝上將磨榫齒的主要基準(zhǔn)由背向延伸段兩點轉(zhuǎn)換到背向緣板上兩個小平面上。其余點均采用原來的設(shè)計基準(zhǔn)。