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磨粒流葉片拋光技術(shù)：更擅長(zhǎng)復(fù)雜性拋光去毛刺
葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件中非常重要的一類零件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起著關(guān)鍵的作用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能很大程度上取決于葉片質(zhì)量，并且葉片的質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhì)量好的葉片，對(duì)于提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量有著重要意義。壓氣機(jī)葉片不同部位在模擬狀態(tài)下的氣動(dòng)情況如圖1 所示，從中可以看出葉片進(jìn)排氣邊進(jìn)行氣流切割時(shí)壓強(qiáng)的劇烈變化。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬典型的薄壁復(fù)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(qiáng)度高、高低溫性能好、耐腐蝕等很多優(yōu)點(diǎn)，但其化學(xué)性質(zhì)活潑，易與刀具材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及復(fù)雜自由曲面的加工特點(diǎn)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(dòng)變形等因素。從以上分析可以看出，葉片的制造難度相當(dāng)大，葉片最終成形一直是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的瓶頸技術(shù)。
目前，國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋光主要采用傳統(tǒng)的手工拋光方式進(jìn)行。去余量拋光分為粗拋光、半精拋光、精拋光3 個(gè)工序，預(yù)留余量為0.08~0.12mm。粗拋光主要進(jìn)行葉型的大幅度修整，對(duì)型面的形狀進(jìn)行嚴(yán)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(chǔ)上對(duì)型面進(jìn)行光飾，使其達(dá)到圖紙規(guī)定的表面粗糙度要求。
無(wú)余量拋光也稱光拋光，一般用較細(xì)的膏劑涂在羊毛氈輪或布輪上進(jìn)行，主要是去除氧化膜，去除的金屬很少（有時(shí)去除量幾乎為零），但表面可以達(dá)到鏡面光澤。
葉片拋光工序的任務(wù)量大，占用了大量的人力資源，手工拋光時(shí)產(chǎn)生大量粉塵，嚴(yán)重影響到了操作人員的健康。由于葉片的拋光質(zhì)量由操作人員的熟練程度和操作技巧所決定，從而導(dǎo)致葉片的型面精度、表面質(zhì)量等關(guān)鍵指標(biāo)產(chǎn)生了人為的誤差，影響了葉片的使用效果。進(jìn)行葉片自動(dòng)化拋光技術(shù)的研究，保證葉片制造質(zhì)量，對(duì)我國(guó)的航空工業(yè)，乃至機(jī)械制造業(yè)的許多部門(mén)都有重要意義。
1葉片拋光技術(shù)分類：
葉片拋光技術(shù)主要包括砂輪磨削和磨粒流拋光兩類加工技術(shù)。
砂輪磨削技術(shù)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(fù)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(yīng)用，使磨削加工精度及加工效率不斷提高，磨削加工應(yīng)用范圍日益擴(kuò)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(diǎn)，尤其適合于葉片類零件的精密、高效加工。
磨粒流拋光技術(shù)：更擅長(zhǎng)復(fù)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(bào)廢！
因?yàn)槿~片的曲面特性，所以傳統(tǒng)的機(jī)械或是人工拋光，對(duì)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(duì)葉片拋光，則擁有了更強(qiáng)的可控性。因?yàn)槟チＡ鲯伖猓褂玫氖欠桥ｎD流體磨料，具有良好的流動(dòng)性，在壓力作用下，可以非常均勻地接觸拋光面，進(jìn)行研磨。并通過(guò)壓力、時(shí)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(diǎn)。
磨粒流磨料由高分子碳化硅或鉆石顆粒組成，化學(xué)穩(wěn)定性高，切削力強(qiáng)，可以在幾分鐘之內(nèi)完成拋光工作。即使葉片表面需要先涂層，我們也可以對(duì)涂層進(jìn)行拋光，而不會(huì)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?xí)r，摩擦力更小，葉片表面抗氧化性更強(qiáng)，可以顯著提升使用性能與使用壽命。
2航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋光的技術(shù)難點(diǎn)：
目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片拋光的技術(shù)難點(diǎn)有以下幾個(gè)主要方面：
（1）型面加工余量不均勻。精鍛鈦合金壓氣機(jī)葉片一般采用型面定位，然后進(jìn)行榫頭的加工，這一加工特點(diǎn)使得以榫頭定位進(jìn)行型面拋光時(shí)，由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)了型面加工余量不均勻。同時(shí)型面受殘余應(yīng)力影響存在變形，尤其是壓氣機(jī)葉片，變形的數(shù)量級(jí)與葉片進(jìn)排氣邊厚度在同一量級(jí)，達(dá)到0.1mm 以上。
（2）葉片進(jìn)排氣邊緣曲率半徑極小。小的壓氣機(jī)葉片有些甚至?xí)_(dá)到R 0.1mm 級(jí)別。這就使得葉片進(jìn)排氣邊緣在進(jìn)行磨削時(shí)，必須采用很小的接觸力進(jìn)行磨削。此外，進(jìn)排氣邊磨削時(shí)，邊緣散熱條件不好，葉片進(jìn)排氣邊容易產(chǎn)生燒蝕。
（3）轉(zhuǎn)接圓弧的形狀復(fù)雜且半徑很小。在葉片造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，轉(zhuǎn)接圓弧由流道型面和葉身型面圓滑過(guò)渡而成，其圓角為R 2mm 左右，曲率變化很大，給編程帶來(lái)了很大困難。無(wú)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(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：
針對(duì)葉片拋光的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外拋光技術(shù)現(xiàn)狀，可以總結(jié)出葉片拋光技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)具有以下特點(diǎn)。
（1）葉片型面越來(lái)越復(fù)雜，出現(xiàn)了寬弦葉片、掠形葉片、弓形葉片等新型結(jié)構(gòu)，專一形式的拋光方法已不能解決葉片全部位的拋光。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)、不同材料的葉片，需要采用不同的拋光方法，從進(jìn)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(lái)越復(fù)雜。同時(shí)，各部位拋光需要機(jī)床的運(yùn)動(dòng)形式、規(guī)格參數(shù)差異很大，在同一個(gè)機(jī)床上完成葉片不同部位的拋光較難實(shí)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(shù)需要各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)、適宜的分工、有機(jī)的整合。這對(duì)工程技術(shù)人員提出了更高的要求，需首先進(jìn)行充分的工藝試驗(yàn)，積累大量的工藝數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行整套拋光設(shè)備的開(kāi)發(fā)。
（2）葉片拋光工藝已不是簡(jiǎn)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(zhì)量的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。由于葉片加工精度、表面質(zhì)量要求高，需進(jìn)行加工過(guò)程的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，使機(jī)床能根據(jù)磨具狀態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的拋光過(guò)程，磨具的直徑會(huì)隨著不斷磨損而逐漸變小，由于機(jī)床加工路徑不變，導(dǎo)致磨具與工件會(huì)逐漸分離，無(wú)法完成拋光過(guò)程。磨具實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)補(bǔ)償功能可以解決這個(gè)問(wèn)題。每次運(yùn)動(dòng)前均要檢測(cè)磨具大小，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整磨具中心位置，從而保證磨具的切深恒定。
（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(cè)時(shí)間和重復(fù)裝夾時(shí)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(jī)床空走刀時(shí)間，同時(shí)對(duì)可能報(bào)廢的葉片采取拯救措施，因此機(jī)床須具備自適應(yīng)加工功能。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片毛坯型面和進(jìn)排氣邊誤差均大于允差，為提高拋光效率，加工前需進(jìn)行毛坯余量分布狀況的測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，通過(guò)模型重構(gòu)技術(shù)生成現(xiàn)實(shí)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(zhuǎn)誤差和軸線彎曲誤差允許范圍內(nèi)制定個(gè)性化的加工程序。此加工程序應(yīng)基于分層去除的工藝策略，減少機(jī)床空走刀，逐步修正葉片的局部誤差。
4 結(jié)論
隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高，新材料、新結(jié)構(gòu)的葉片不斷出現(xiàn)，葉型曲線也越來(lái)越復(fù)雜，給葉片拋光技術(shù)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者、工程技術(shù)人員多年來(lái)的不斷努力，我國(guó)在葉片拋光工藝和裝備技術(shù)上取得了較大的進(jìn)步，但與國(guó)外相比較，國(guó)內(nèi)研究還不夠系統(tǒng)和深入。針對(duì)葉片拋光加工精度、加工質(zhì)量、加工效率等要求，爭(zhēng)取在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、在線檢測(cè)、實(shí)時(shí)補(bǔ)償、自適應(yīng)加工等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。只有這樣才能快捷有效地提高葉片加工質(zhì)量，提高我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平。