單晶低壓渦輪葉片葉尖封嚴齒圓弧緩進磨削加工方法

吳宏春　孟　輝　李鳳清　陳靖波　閆德海（1.駐沈陽黎明發動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 11004；2.東北大學機械工程與自動化學院，遼寧 沈陽 110000；.中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 11004）

單晶低壓渦輪葉片葉尖封嚴齒圓弧緩進磨削加工方法

吳宏春1，2孟輝3李鳳清3陳靖波3閆德海3
（1.駐沈陽黎明發動機制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.東北大學機械工程與自動化學院，遼寧 沈陽 110000；3.中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

本文利用MKL7150單面緩進磨設備具備三軸聯動的功能，編寫了圓弧加工程序，試驗了加工參數，完成了某單晶低壓渦輪葉片葉尖封嚴齒圓弧的緩進磨加工。實現了在平面數控磨床進行圓弧加工的技術。本文總結了低壓渦輪葉片葉尖封嚴齒圓弧的緩進磨加工可行性分析、工裝的改制以及加工參數的選擇。通過改進，完成了緩進磨設備進行圓弧加工功能的開發工作，解決了該葉片加工的瓶頸問題。本文針對如何防止單晶材料在磨削中因磨削熱及切削產生材料塑形變形而產生再結晶進行了加工參數試驗，強冷卻試驗，及再結晶試驗。通過試驗驗證獲得了沒有再結晶的合理可行的加工工藝參數。為今后其他類型葉片的加工奠定了基礎。

封嚴齒；圓弧；程序；參數；單面緩進磨；單晶

1 引言

某低壓渦輪葉片，采用DD6單晶高溫鑄造合金。其結構為樅樹型榫頭，葉身為帶排氣縫的空心無余量鑄造，帶有鋸齒形葉冠，葉冠上表面留有圓弧形封嚴齒。

國內對單晶葉片制造處于研制階段，由于國外的技術封鎖，目前尚未掌握價格經驗。另外，葉片磨削燒傷與磨削裂紋是葉片加工的難題。

單晶技術的關鍵是避免葉片的再結晶。生產過程中的切割、打磨、加工、周轉等過程都容易產生再結晶，如何避免再結晶是研制中的關鍵問題。為此，摸索出一套適合于單晶材料葉片裝夾、測量、包裝、規律。同時對所用工裝進行了夾緊可靠性試驗，保證葉片在夾緊過程中不會出現塑性變形。另外，針對葉片材料特點，對設備的冷卻系統要求嚴格，對所加工的型面最后進行隨型冷卻，保證冷卻效果，避免因過熱造成燒傷和裂紋。通過加工試驗證明采用緩進磨加工出的零件表面質量明顯好于普通磨床，就是冷卻效果不同產生的結果。

低渦葉片葉尖圓弧形封嚴齒，其傳統的加工方法是采用在低渦盤或工藝低渦盤上按低渦盤組件裝配工藝進行部件傳裝后，進行組件狀態的外圓磨加工。但制作工藝盤夾具及配套零、部件所需周期長、成本高、難度大。通常，單面緩進磨用來加工復雜形狀的平面尺寸。若具備三軸聯動功能，通過圓弧插補，采用程序控制可實現單面緩進磨床上加工葉片葉尖封嚴齒圓弧。

MKL7150設備具備三軸聯動功能，若對其進行開發可以實現某低渦葉片圓弧封嚴齒的加工。本文主要總結了加工某低渦葉片圓弧封嚴齒過程中，加工程序的編制，夾具的改進，參數的設定等內容，根據制定的措施及試驗方案，對完成加工工序后的試驗件進行再結晶試驗，葉片加工面沒有再結晶層，完全符合技術條件要求。其試驗結果表明我們所選參數正確、工裝裝夾可靠、加工方法可行，可以進行加工參數的固化，并應用于正式件的生產。

表1

2 試驗加工

2.1 加工設備情況

單面緩進磨設備具備三軸聯動功能，具有圓弧插補功能，采用合理的程序編制，可實現圓弧加工。該設備配備一個主軸和一個安裝在工作臺上的金剛石滾輪修整器。結構為臥式結構，通過安裝在滾輪修整器上的金剛石滾輪修整砂輪，進行磨削加工。

2.2 工裝

原有工裝以榫齒作為定位和壓緊機構，葉冠為輔助定位和輔助壓緊。因該葉片徑向長度較長（約130mm），該夾具結構受葉片偏擺的影響，以榫齒定位后，葉冠的擺動公差較大（0mm～0.5mm），因此無法直接使用它進行加工。

根據尺寸鏈分析計算，將榫齒定位塊拆除，更換榫頭緣板定位模塊；將葉冠的輔助定位鎖緊，起定位作用，增加榫頭頂面定位模塊。此定位結構消除了偏擺公差對冠頂圓弧尺寸公差的影響。

2.3 砂輪及冷卻液的選擇

針對單晶材料，采用大氣孔超軟砂輪進行加工。采用棕剛玉和白剛玉混合磨料的砂輪（牌號WA/PA100/80F9V35）進行試驗；冷卻液選用進口馬斯特系列產品中的水基合成液（牌號C270）作為磨削專用冷卻液，冷卻液出口壓力為0.8MPa。

在夾具上安裝隨型導流板，保證冷卻液最大可能的通過工件被加工面，及時帶走切削熱并潤滑加工面，減少因摩擦產生的熱量，盡可能避免磨削熱導致的熱裂紋。

2.4 加工參數的選擇

根據緩進磨加工單晶材料其他表面的加工參數，選擇的加工參數見表1（兩刀修一次）。

結論

采用單面緩進磨設備，通過編寫圓弧加工程序，采用改進工裝和對比測量方法，能夠完成某低壓渦輪工作葉片葉尖圓弧封嚴齒的加工。

通過對磨削后的試驗件進行再結晶檢測，沒有發現再結晶；經過對磨削后的試驗件進行熒光檢查，沒有發現磨削燒傷和裂紋，根據熒光檢查及再結晶檢測結果確定了磨削試驗中所給定的加工參數可行。

采用MKL7150單面緩進磨設備能夠完成低壓渦輪工作葉片葉尖封嚴齒圓弧的加工。

[1]劉艷，等.葉片制造技術[M].北京：科學出版社，2002.

[2]郭文有，等.航空制造工程手冊·發動機葉片工藝[M].北京：航空工業出版社.

[3]航空工藝裝備設計手冊[M].北京：國防工業出版社，1978.

[4]常書易.葉片測量技術[M].北京：國防工業出版社，1984.

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