CN116038505B - 一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空发动机叶片修理技术领域，具体涉及一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，包括使用表面缺陷识别设备检测风扇转子叶片表面的缺陷数据，查询已获取的工艺参数库，确定所获取的缺陷数据所对应的去除量等级，确定的去除量等级输入管控软件***，配以相应去除量等级各抛光参数，在抛光设备中，对风扇转子叶片进行抛光处理，本发明将风扇转子叶片表面故障抛光排除时的去除量进行细分，由设备精准控制抛光去除量，提高了抛光去材的精准化水平及可控性，防止叶片过抛、欠抛。

Description

一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法

技术领域

本发明属于航空发动机叶片修理技术领域，特别适用于受外物打伤严重的风扇转子叶片表面精准抛光的方法。

背景技术

风扇转子叶片作为航空涡轮发动机核心部件之一，其尺寸精度及表面质量直接影响航空发动机的启动性能及疲劳寿命。

航空发动机风扇转子叶片修理时需通过抛光排除表面损伤缺陷,因每件或每批次叶片的损伤程度不同，抛光去量需求不同，一般抛光排除去除量约0.02 mm～0.1mm，传统方式为手工一边检查一边抛光的方式进行，存在过抛、欠抛情况，过抛会提高叶片报废率，欠抛会耽误生产周期。

为了提高抛光去除量的精准化，国内修理企业引进了自动抛光技术，如申请号为CN202010966800.4 的中国专利公开了一种叶片铣削抛光一体化成型方法，通过夹具夹紧固定风扇叶片并进行铣削加工，铣削加工完成后，使用测量工具对风扇叶片进行测量，记录进气边及排气边处尺寸超差区域宽度；测量结果及风扇叶片结构对风扇叶片进行抛光分区；程序编制及抛光参数选取，设置抛光步距，利用运动仿真软件进行抛光轨迹仿真 ；

但现有技术中，每件或每批次叶片的去除量需求不同导致无法按照固定的工艺参数精准排除表面故障，因此，开发一种可以根据叶片故障等级精准去除叶片表面故障的方法，对提高航空发动机风扇转子叶片故障排除精准性、提高修理质量可靠性、降低叶片修理报废率具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，包括以下步骤：

S1：使用表面缺陷识别设备检测风扇转子叶片表面的缺陷数据；

S2：查询已获取的工艺参数库，确定S1中所获取的缺陷数据所对应的去除量等级；

S3：将S2中所确定的去除量等级输入管控软件***，配以相应去除量等级各抛光参数，在抛光设备中，对风扇转子叶片进行抛光处理。

进一步，工艺参数库的获取包括以下步骤：

S2-1：将表面识别设备检测的最大缺陷深度以0.03mm为区间范围，把去除量划为若干组等级；

S2-2：选定某组去除量等级后，使用测量仪测量风扇转子叶片抛光前后各个截面壁厚减薄量来评价抛光去除量；

S2-3：测试单条砂带全寿命周期内，每件叶片的抛光的去除量；

S2-4：记录抛光设备在该组去除量等级中砂带的线速度、进给速度、抛光压力参数；

S2-5：按上述步骤，测试并记录剩余去除量等级相应数参；

S2-6：选取风扇转子叶片进行去除量的生产验证，验证砂带寿命及风扇转子叶片去除量是否符合工艺参数库要求。

进一步，所述S2-2中，还需评价风扇转子叶片各个截面前后缘固定距离的壁厚、最大壁厚。

进一步，所述S2-2中，测量风扇转子叶片上、中、下至少三个截面的壁厚，每个截面的壁厚包括距前缘固定距离的壁厚、距后缘固定距离的壁厚、最大壁厚。

进一步，抛光进行中，监控每件风扇转子叶片抛光后砂带厚度，直到砂带厚度减薄到不具有去材能力时的厚度，则停止抛光。

进一步，以恒定抛光去除量为目标，同时修正砂带全寿命周期内抛光工艺各参数。

进一步，所述工艺参数库中，去除量等级分为三组等级。

进一步，三组去除量等级划分范围分别为：0.01mm～0.03mm、0.04mm～0.06mm、0.07mm～0.09mm。

进一步，缺陷数据包括划痕的深度和宽度数据。

进一步，测量仪为三坐标测量仪。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）将风扇转子叶片表面故障抛光排除时的去除量进行细分，由设备精准控制抛光去除量，提高了抛光去材的精准化水平及可控性，防止叶片过抛、欠抛。

（2）提供一种建立砂带耗材全寿命周期内的工艺数据库方法，实现了同批次风扇转子叶片按照某一去除量等级自动抛光的目的。

（3）本发明方法可用于采用柔性化自适应抛光设备和基于故障等级的工艺数据库管理***联机运行，解决砂带全寿命周期内因砂带磨损导致去除量不稳定的工艺难题，解决当前航空发动机风扇转子叶片自动抛光修理过程无法精准排除表面故障的难题，有效将去除量细分等级进行控制，提高整批次、大批量风扇转子叶片自动流水线抛光时的去除量控制精度。

附图说明

图1为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例的去除量精准控制模型示意；

图2为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例的抛光过程示意图；

图3为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例中风扇转子叶片抛光壁厚位置示意；

图4为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例中抛光工艺线速度参数调整前后的变化图；

图5为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例中抛光工艺抛光压力参数调整前后的变化图；

图6为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例中抛光工艺进给速度参数调整前后的变化图；

图7为本发明一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法实施例中抛光工艺去除量参数调整前后的变化图；

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例：

本发明中的柔性化自适应抛光技术采用带压力控制的数控砂带磨削技术，通过生产管控***控制砂带磨削时的线速度、进给速率、抛光压力。通过试验精准获取去除量和工艺参数关系，得到砂带全寿命周期内的工艺数据库，达到按照不同等级精准控制抛光去除量的目标，如图1所示，为本发明去除量精准控制模型示意图。

下面以某型航空发动机钛合金风扇转子叶片的自动抛光精准化控制方法举例进行说明：

使用表面缺陷识别设备检测风扇转子叶片表面损伤、划痕的深度和宽度数据，以辅助确定风扇转子叶片的抛光去材量需求，如某型风扇转子叶片使用表面缺陷识别设备检测缺陷深度最大约0.09mm，根据风扇转子叶片的修理要求，将上述去除量划分等级，按0.03mm的范围为一个等级，测试自动加工设备去除量控制精度约±0.015mm，考虑抛光去除量精度控制极限，将0.01mm～0.03mm的去除量划分为第一等级，将0.04mm～0.06mm的去除量划分为第二等级，将0.07mm～0.09mmmm的去除量划分为第三等级。

使用三坐标测量仪测量风扇转子叶片抛光前后各个截面壁厚减薄量来评价抛光去除量，重点评价叶片各个截面前后缘固定距离的壁厚、最大壁厚。

按某一去除量等级下，测试1条砂带全寿命周期内，每件叶片的抛光的去除量，其中，自动抛光设备具备压力控制功能，能够实现复杂曲面叶片的随型自适应自动抛光，并能够调整抛光压力，经过大量数据测试及验证，纠偏工艺参数，获取去除量和工艺参数库。

去除量等级和工艺参数关系具体实施过程可采用以下方式获取，建立叶片高精度力控随形精密数控砂带磨削程序，沿叶片纵向抛光，抛光后粗糙度达到Ra0.4μm，抛光过程及参数如图2所示。

壁厚位置示意如图3所示，使用三坐标测量叶片上、中、下至少三个截面的壁厚，每个截面的壁厚包括距前缘固定距离的壁厚、距后缘固定距离的壁厚、最大壁厚等至少三点壁厚，其中，Cq2为距叶片前缘2mm位置壁厚，Cq4为距叶片前缘4mm位置壁厚，Cmax为叶片最大壁厚，Ch2为距离叶片后缘2mm位置壁厚，Ch4为距离叶片后缘4mm位置壁厚，Ch10为距离叶片后缘10mm位置壁厚。

通过初步抛光试验，获取去除量和抛光工艺参数经验数据，选定一个去除量等级，按经验数据选定一组固定的砂带线速度、进给速率、抛光压力参数，因修理叶片损伤主要集中在叶盆面，对叶盆面连续抛光，监控每件叶片抛光后砂带厚度，直到砂带厚度减薄到不具有去材能力时的厚度，则停止抛光。

三坐标测量抛光后的每件叶片壁厚，计算抛光去除量，可得出砂带厚度、材料去除量以及抛光工艺参数变化图，如图4-图7所示，可以看出随着砂带磨损，去除量降低，其中图4纵坐标为线速度v（m/s），横坐标为抛光叶片序号，图5纵坐标为抛光压力F（N），横坐标为抛光叶片序号，图6纵坐标为进给速度f（mm/min），横坐标为抛光叶片序号，图7纵坐标为去除量（mm），横坐标为抛光叶片序号；

以恒定抛光去除量为目标，修正砂带全寿命周期内抛光每件叶片的工艺参数，因单独调整某一参数存在以下工艺问题，如只调整压力易出现磨削振纹，只调整线速度会降低砂带寿命并影响叶片表面质量，只调整进给速率会大幅降低叶片抛光效率，故，修正时不单独调整某一参数，而是同时修正抛光压力、线速度、进给速率，经过大量的砂带全寿命去除量和工艺参数定量化验证，可获取如图5所示的工艺参数图，可以看出，通过工艺参数的变化维持抛光去除量的相对稳定。

重复步骤以上步骤，分别获取不同去除量等级下的去除量和抛光工艺参数库；

下表是去除量为第二等级时（0.04mm～0.06mm）的工艺参数库

按上述方法获取的三种等级工艺参数库，选取叶片进行去除量的生产验证，验证砂带寿命及叶片去除量是否符合数据库要求，在自动抛光试生产验证过程中，按Cpk计算规范连续加工叶片，统计抛光去除量，计算自动抛光过程能力指数Cpk需达到1.33以上，在同一故障等级下，抛光去除量的标准差可以达到0.005mm。验证了工艺参数库的可靠性。

使用一种管控软件***，能够控制自动抛光设备抛光叶片时的线速度、进给速率、抛光压力等参数。正式加工时，首先判断该批次叶片的去除量等级，然后由设备调取对应的工艺数据库进行自动抛光，自动抛光***可使用本领域中现有的具有生产执行管控软件***，配合自动抛光设备，风扇转子叶片抛光去材不会超出设备控制公差上限，并能够在修理过程中定期统计去除量数据，根据去除量统计分析数据能够反馈自动抛光工艺的稳定性、精准性，能够根据当前批次叶片的去除量等级，自动调用该等级下的工艺参数，如线速度v、纵向进给速率f、抛光压力F，如图2所示，并依次抛光每件叶片，智能监控砂带寿命，提醒更换砂带。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：使用表面缺陷识别设备检测风扇转子叶片表面的缺陷数据；

S2：查询已获取的工艺参数库，确定S1中所获取的缺陷数据所对应的去除量等级；

S3：将S2中所确定的去除量等级输入管控软件***，配以相应去除量等级各抛光参数，在抛光设备中，对风扇转子叶片进行抛光处理；

其中，工艺参数库的获取包括以下步骤：

S2-1：将表面识别设备检测的最大缺陷深度以0.03mm为区间范围，把去除量划为若干组等级；

S2-2：选定某组去除量等级后，使用测量仪测量风扇转子叶片抛光前后各个截面壁厚减薄量来评价抛光去除量；

S2-3：测试单条砂带全寿命周期内，每件叶片的抛光的去除量，以恒定抛光去除量为目标，同时修正砂带全寿命周期内抛光工艺各参数；

S2-4：记录抛光设备在该组去除量等级中砂带的线速度、进给速度、抛光压力参数；

S2-5：按上述步骤，测试并记录剩余去除量等级相应数参；

S2-6：选取风扇转子叶片进行去除量的生产验证，验证砂带寿命及风扇转子叶片去除量是否符合工艺参数库要求。

2.如权利要求1所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于：所述S2-2中，还需评价风扇转子叶片各个截面前后缘固定距离的壁厚、最大壁厚。

3.如权利要求1所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于：所述S2-2中，测量风扇转子叶片上、中、下至少三个截面的壁厚，每个截面的壁厚包括距前缘固定距离的壁厚、距后缘固定距离的壁厚、最大壁厚。

4.如权利要求3所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于：抛光进行中，监控每件风扇转子叶片抛光后砂带厚度，直到砂带厚度减薄到不具有去材能力时的厚度，则停止抛光。

5.如权利要求1所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于：所述工艺参数库中，去除量等级分为三组等级。

6.如权利要求5所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于，三组去除量等级划分范围分别为：0.01mm～0.03mm、0.04mm～0.06mm、0.07mm～0.09mm。

7.如权利要求1所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于：缺陷数据包括划痕的深度和宽度数据。

8.如权利要求1所述的一种基于等级划分的风扇转子叶片抛光方法，其特征在于：S2-2中，测量仪为三坐标测量仪。

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