CN111113208A - 一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，包括以下步骤：研究加工方式，选取磨削加工来加工径向圆弧槽；验证加工过程中砂轮不对涡轮导向叶片产生过切时的角度和砂轮半径；设计制造成型滚轮；确定砂轮的最大直径；绘制成型滚轮修整砂轮时的相对位置，用成型滚轮修整砂轮；涡轮导向叶片随机床盘倒20°角、绕发动机中心Φ773做圆弧运动，通过砂轮与涡轮导向叶片之间的相对运动磨削圆弧槽；通过本发明有效的解决了该涡轮导向叶片用缓进磨床单件加工径向圆弧槽的技术难题，保障了加工精度，提高了涡轮导向叶片加工质量，进而保证使用该涡轮导向叶片的发动机及飞机的质量稳定性，确保国家领空安全。

Description

一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法。
背景技术
目前，涡扇发动机涡轮导向叶片的径向大半径圆弧槽是通过大车机床，根据叶片圆弧槽半径设计夹具、成型刀具，通过车削加工完成。车削加工产生的毛刺大、表面质量不好、加工效率低，不能满足航空发动机叶片精度要求；且叶片通过大车加工，需成台组合加工，极易造成整圈报废，不能确保叶片按时交付，给工厂造成了巨大的经济损失。因此需要寻找一种新的加工方式来替代大车加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，以解决复杂结构的高温合金材料涡轮叶片大半径径向圆弧槽加工中的难题，提高叶片加工精度、效率、质量。
本发明实现其目的采用的技术方案如下：
一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，包括以下步骤：
a.研究加工方式：根据涡轮导向叶片的精度要求及各种加工方式的特点，通过讨论分析，现场试加工验证，选取磨削加工来加工径向圆弧槽；
b.验证用于磨削的砂轮规格和成型滚轮角度：根据涡轮导向叶片径向圆弧槽设计尺寸，在三维软件中构造涡轮导向叶片、径向圆弧槽、砂轮的三维模型，设计砂轮加工涡轮导向叶片的角度和砂轮半径，并模拟砂轮加工涡轮导向叶片的过程，验证加工过程中砂轮不对涡轮导向叶片产生过切时的角度和砂轮半径；
c.设计制造成型滚轮：根据验证结果设计可修整砂轮的金刚石成型滚轮；
d.确定砂轮的最大直径：通过三维软件模拟、验证砂轮加工涡轮导向叶片的过程，得出加工时不产生过切的砂轮最大直径规格，并选择该规格的砂轮作为加工涡轮导向叶片径向圆弧槽的砂轮；
e.绘制工步图：绘制成型滚轮修整砂轮时的相对位置，用成型滚轮修整砂轮；涡轮导向叶片随机床盘倒20°角、绕发动机中心Φ773做圆弧运动，通过砂轮与涡轮导向叶片之间的相对运动磨削圆弧槽；
f.参数选择及加工：利用缓进磨削加工的特点，调整喷嘴位置与砂轮加工圆弧槽位置对齐，调试磨削加工参数对涡轮导向叶片进行磨削加工，并对涡轮导向叶片进行荧光检验合格之后，最终确定缓进磨削加工参数并加工径向圆弧槽。
进一步，步骤b中验证砂轮加工涡轮导向叶片的角度为D＝20°，砂轮半径R＝125mm。
进一步，步骤c中根据以下参数来设计成型滚轮：其中，砂轮加工涡轮导向叶片的角度D＝20°，槽宽设计为中差2.75±0.01mm，倒角设计为24°±2′，转接半径R1.5Max设计为R1.1±0.01mm，并考虑金刚石成型滚轮的磨损转接R1.5±0.5mm按中下差设计为R1.4±0.01mm。
进一步，步骤d得出加工时不产生过切的砂轮规格为：直径Φ250×厚度32，硬度E＝18～20。
进一步，步骤f中确定的缓进磨削加工参数为：冷却压力：≥0.6MPa；切削线速度：V＝20～3m/s；进给速度：S＝300～400mm/min；切削深度：粗磨t＝1mm，精磨t＝0.1mm。
进一步地，还包括以下步骤：设计并制造可连接五轴磨削中心的专用夹具，采用6个按一定规则布置的约束点来限制涡轮导向叶片的6个自由度，实现完全定位。
进一步，分析缓进磨削中心和涡轮导向叶片加工特点，选用叶片上、下缘板两个凸台面控制涡轮导向叶片的一个平面,选用外圆两点控制涡轮导向叶片的移动，选用上缘板盆向一点控制涡轮导向叶片的旋转，压紧前缘上、下缘板端面，设计夹具。
本发明的有益效果：通过上述方法在UG三维软件中模拟加工过程，摸索出砂轮加工涡轮导向叶片不产生过切时的加工角度和砂轮最大直径、加工参数，从而解决了该涡轮导向叶片用缓进磨床单件加工径向圆弧槽的技术难题，有效的保障了加工精度，提高了涡轮导向叶片加工质量，进而保证使用该涡轮导向叶片的发动机及飞机的质量稳定性，确保国家领空安全，同时填补了我国航空发动机涡轮导向叶片采用磨削加工径向圆弧槽的空白，提高了加工的合格率和生产效率，确保涡轮导向叶片能够按时交付，为公司创造新的经济增长点。
附图说明
图1为本发明实施例中涡轮导向叶片上径向圆弧槽的位置示意图；
图2为本发明实施例中径向圆弧槽的参数示意图；
图3为本发明实施例中磨削加工的示意图；
图4为本发明实施例中夹具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于此。
参照图1-3，一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，包括以下步骤：
a.研究加工方式：根据涡轮导向叶片1的精度要求及各种加工方式的特点，通过讨论分析，现场试加工验证，最终决定选取磨削加工来加工径向圆弧槽2。
b.验证用于磨削的砂轮4规格和成型滚轮角度：根据涡轮导向叶片1径向圆弧槽2的设计尺寸，在三维软件中构造涡轮导向叶片1、径向圆弧槽2、砂轮4的三维模型，设计砂轮加工涡轮导向叶片1的角度和砂轮半径，并模拟砂轮加工涡轮导向叶片1的过程，验证加工过程中砂轮不对涡轮导向叶片产生过切时的角度和砂轮半径，验证结果为，加工过程中砂轮不对涡轮导向叶片产生过切时砂轮加工涡轮导向叶片的角度为D＝20°，砂轮半径R＝125mm。在本实施例中使用的三维软件为UG。
c.设计制造成型滚轮：根据验证结果设计可修整砂轮4的金刚石成型滚轮3；具体依据的参数如下：其中，砂轮加工涡轮导向叶片的角度D＝20°，槽宽β(即径向圆弧槽X的宽度)设计为中差2.75±0.01mm，倒角α设计为24°±2′，转接半径R1.5Max设计为R1.1±0.01mm，并考虑金刚石成型滚轮3的磨损转接R1.5±0.5mm按中下差设计为R1.4±0.01mm。
d.确定砂轮的最大直径：通过UG三维软件模拟、验证砂轮加工涡轮导向叶片的过程，得出加工时不产生过切的砂轮最大直径规格，具体规格为：直径Φ250×厚度32，硬度E＝18～20，并选择该规格的砂轮作为加工涡轮导向叶片径向圆弧槽的砂轮4。
e.绘制工步图：绘制成型滚轮3修整砂轮4时的相对位置，用成型滚轮3修整砂轮4；涡轮导向叶片随机床盘倒20°角、绕发动机中心Φ773做圆弧运动，通过砂轮4与涡轮导向叶片1之间的相对运动磨削圆弧槽2。
f.参数选择及加工：利用缓进磨削加工的特点，调整喷嘴位置与砂轮加工圆弧槽位置对齐，调试磨削加工参数对涡轮导向叶片进行磨削加工，并对涡轮导向叶片进行荧光检验合格之后，最终确定缓进磨削加工参数并加工径向圆弧槽2，具体的缓进磨削加工参数为：冷却压力：≥0.6MPa；切削线速度：V＝20～3m/s；进给速度：S＝300～400mm/min；切削深度：粗磨t＝1mm，精磨t＝0.1mm。
通过上述方法在UG三维软件中模拟加工过程，摸索出砂轮加工涡轮导向叶片不产生过切时的加工角度和砂轮最大直径、加工参数，从而解决了该涡轮导向叶片用缓进磨床单件加工径向圆弧槽的技术难题，有效的保障了加工精度，提高了涡轮导向叶片加工质量，进而保证使用该涡轮导向叶片的发动机及飞机的质量稳定性，确保国家领空安全，同时填补了我国航空发动机涡轮导向叶片采用磨削加工径向圆弧槽的空白，提高了加工的合格率和生产效率，确保涡轮导向叶片能够按时交付，为公司创造新的经济增长点。
在前述实施例的基础上，还包括以下步骤：设计并制造可连接五轴磨削中心的专用夹具5，采用6个按一定规则布置的约束点来限制涡轮导向叶片1的6个自由度，实现完全定位，以便将涡轮导向叶片1稳定的夹持在五轴磨削中心上，有效的减小加工误差，保障加工精度。具体为：分析缓进磨削中心和涡轮导向叶片加工特点，选用叶片上、下缘板两个凸台面控制涡轮导向叶片1的一个平面,选用外圆两点控制涡轮导向叶片的移动，选用上缘板盆向一点控制涡轮导向叶片1的旋转，压紧前缘上、下缘板端面，设计夹具，在夹具设计制造完成后，将夹具安装在五轴磨削中心上，用以夹持涡轮导向叶片1进行加工。
设计完成的夹具如图4所示，包括具有叶片上、下缘板两个凸台面的定位板51，定位板51上设有用于定位外圆两点的定位柱52和用于控制涡轮导向叶片1旋转的侧向定位块53，定位板51上还设有分别用于压紧涡轮导向叶片1的前缘上、下缘板端面的第一压块54和第二压块55，第一压块54和第二压块55上均设有用于旋紧操作的旋钮56，通过这样的夹具将涡轮导向叶片1定位在五轴磨削中心上，稳定性高，可有效的保障加工精度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.研究加工方式：根据涡轮导向叶片的精度要求及各种加工方式的特点，通过讨论分析，现场试加工验证，选取磨削加工来加工径向圆弧槽；
b.验证用于磨削的砂轮规格和成型滚轮角度：根据涡轮导向叶片径向圆弧槽设计尺寸，在三维软件中构造涡轮导向叶片、径向圆弧槽、砂轮的三维模型，设计砂轮加工涡轮导向叶片的角度和砂轮半径，并模拟砂轮加工涡轮导向叶片的过程，验证加工过程中砂轮不对涡轮导向叶片产生过切时的角度和砂轮半径；
c.设计制造成型滚轮：根据验证结果设计可修整砂轮的金刚石成型滚轮；
d.确定砂轮的最大直径：通过三维软件模拟、验证砂轮加工涡轮导向叶片的过程，得出加工时不产生过切的砂轮最大直径规格，并选择该规格的砂轮作为加工涡轮导向叶片径向圆弧槽的砂轮；
e.绘制工步图：绘制成型滚轮修整砂轮时的相对位置，用成型滚轮修整砂轮；涡轮导向叶片随机床盘倒20°角、绕发动机中心Φ773做圆弧运动，通过砂轮与涡轮导向叶片之间的相对运动磨削圆弧槽；
f.参数选择及加工：利用缓进磨削加工的特点，调整喷嘴位置与砂轮加工圆弧槽位置对齐，调试磨削加工参数对涡轮导向叶片进行磨削加工，并对涡轮导向叶片进行荧光检验合格之后，最终确定缓进磨削加工参数并加工径向圆弧槽。
2.根据权利要求1所述的复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，步骤b中验证砂轮加工涡轮导向叶片的角度为D＝20°，砂轮半径R＝125mm。
3.根据权利要求1所述的复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，步骤c中根据以下参数来设计成型滚轮：其中，砂轮加工涡轮导向叶片的角度D＝20°，槽宽设计为中差2.75±0.01mm，倒角设计为24°±2′，转接半径R1.5Max设计为R1.1±0.01mm，并考虑金刚石成型滚轮的磨损转接R1.5±0.5mm按中下差设计为R1.4±0.01mm。
4.根据权利要求1所述的复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，步骤d得出加工时不产生过切的砂轮规格为：直径Φ250×厚度32，硬度E＝18～20。
5.根据权利要求1所述的复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，步骤f中确定的缓进磨削加工参数为：冷却压力：≥0.6MPa；切削线速度：V＝20～3m/s；进给速度：S＝300～400mm/min；切削深度：粗磨t＝1mm，精磨t＝0.1mm。
6.根据权利要求1-5任一所述的复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，还包括以下步骤：设计并制造可连接五轴磨削中心的专用夹具，采用6个按一定规则布置的约束点来限制涡轮导向叶片的6个自由度，实现完全定位。
7.根据权利要求6所述的复杂空心涡轮导向叶片径向圆弧槽加工方法，其特征在于，分析缓进磨削中心和涡轮导向叶片加工特点，选用叶片上、下缘板两个凸台面控制涡轮导向叶片的一个平面,选用外圆两点控制涡轮导向叶片的移动，选用上缘板盆向一点控制涡轮导向叶片的旋转，压紧前缘上、下缘板端面，设计夹具。
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CN115157123A (zh) * 2022-08-25 2022-10-11 南京农业大学 一种用于燃气涡轮导向叶片扇形件上橼板侧面与下橼板进气边磨削的夹具及磨削方法
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