一种叶片铣削抛光一体化成型方法与流程

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种叶片铣削抛光一体化成型方法。

背景技术：

叶片作为航空涡轮风扇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。现有大型风扇叶片加工工艺为通过数控铣削控制尺寸精度，通过手工抛光改善表面粗糙度。但是由于大型风扇叶片为弱刚度薄壁零件，在精密铣削加工中难免存在让刀，导致实际加工尺寸与理论加工尺寸不符的现状。

现在普遍解决方式为在精加工工序，尽可能小的控制切削力，从而减小加工变形，最终将零件尺寸控制在公差范围内。但是此种加工方法不仅试验周期长，且在后期批量生产加工中，会显著增加加工时间；现有通过仿真或实际加工结果，对铣削加工程序进行修正，来缩短加工时间，但是由于实际加工过程中，刀具磨损，机床特性，颤振等不稳定性因素存在，大大增加此种方法的应用难度，极易产生零件超差现象。

针对上述存在的问题，本发明提出一种叶片铣削抛光一体化成型方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种叶片铣削抛光一体化成型方法，降低对铣削加工后表面质量要求前提下，允许部分区域尺寸超过上差，通过分区变压力抛光的方式实现叶片的修型抛光，不仅显著提高铣削加工效率，而且可缩短零件研制周期，并最终保证零件的尺寸及表面质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种叶片铣削抛光一体化成型方法，包括以下步骤：

步骤1，通过夹具夹紧固定风扇叶片并进行铣削加工，且铣削加工残余高度为3-15μm，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；

步骤2，根据步骤1的测量结果及风扇叶片结构对风扇叶片进行抛光分区，抛光分区划分为叶盆型面区域、叶背型面区域、叶盆进气边超差区域、叶背进气边超差区域、叶盆排气边超差区域、叶背排气边超差区域、叶盆叶根、叶背叶根、叶盆流道板、叶背流道板、叶盆接刀区域、叶背接刀区域、叶盆阻尼台叶根、叶背阻尼台叶根、叶盆阻尼台型面、叶背阻尼台型面、叶盆阻尼台叶脊、叶背阻尼台叶脊、进气边圆弧、排气边圆弧中的一种或多种；并根据不同的抛光分区选择相应的抛光工具；

步骤3，使用三维建模软件及运动仿真软件对各抛光分区进行程序编制及抛光参数选取，叶盆进气边超差区域、叶背进气边超差区域、叶盆排气边超差区域及叶背排气边超差区域采用变压力抛光，其余抛光区域采用恒压力抛光，并设置抛光步距，利用运动仿真软件进行抛光轨迹仿真；

步骤4，使用夹具将风扇叶片进行固定，通过力控制方式对风扇叶片合个区域进行精密抛光，通过调整抛光工具及磨料粒度使用顺序，将风扇叶片表面接刀痕、振刀特征有效去除，提高表面粗糙度等级。

步骤1所述的超差区域宽度为10-40mm。

步骤1所述的夹具夹紧固定方式为两端固定夹持、一端固定夹持一端辅助支撑及一端固定夹持一端自由三种方式中的一种。

步骤1所述的测量工具为三坐标测量机、白光测量机或蓝光测量机。

步骤2所述抛光工具为布基砂带、橡胶抛光轮、砂轮、毛刷、陶瓷纤维刷、百叶轮、尼龙基砂带、尼龙抛光轮、布抛光轮、麻抛光轮、布线抛光轮、往复挫、风轮或羊毛抛光轮抛光工具；其中布基砂带、尼龙基砂带或尼龙抛光轮用于叶盆阻尼台叶脊、叶背阻尼台叶脊、进气边圆弧、排气边圆弧；布基砂带、尼龙基砂带、尼龙抛光轮或羊毛抛光轮用于叶盆进气边超差区域、叶背进气边超差区域、叶盆排气边超差区域及叶背排气边超差区域；布基砂带、毛刷、陶瓷纤维刷、百叶轮、尼龙基砂带、尼龙抛光轮、布抛光轮、麻抛光轮、往复挫、布线抛光轮或羊毛抛光轮用于叶盆型面区域及叶背型面区域；布基砂带、尼龙基砂带、尼龙抛光轮或羊毛抛光轮用于叶盆流道板、叶背流道板、叶盆阻尼台型面及叶背阻尼台型面；布基砂带、橡胶抛光轮、砂轮、陶瓷纤维刷或百叶轮用于叶盆接刀区域及叶背接刀区域。

步骤3抛光参数选取，根据抛光经验及加工数据进行选取或根据运动仿真软件推荐参数进行选取，并保证各区域抛光材料去除量均匀。

步骤3所述的变压力抛光的抛光力设置与叶盆进气边超差区域、叶背进气边超差区域、叶盆排气边超差区域及叶背排气边超差区域的超差值相关，即靠近进气边圆弧和排气边圆弧压力越大，越靠近叶身型面抛光压力越小；抛光步距与抛光工具与风扇叶片接触区域的半径r呈线性关系，抛光步距为0.75r-1.75r。

步骤4所述的力控制方式为主动力反馈控制或被动力反控制；主动力反馈控制是通过力传感器和执行器实现抛光力的实时反馈控制；被动力反馈控制是通过弹簧、气动阀实现抛光力的实时反馈控制；力控制初始判断精度应≤50n，力控制灵敏度应≤5n。

步骤4所述抛光工具使用顺序为：先使用布基砂带、砂轮、尼龙基砂带、橡胶抛光轮、毛刷、陶瓷纤维刷、往复挫、百叶轮工具中的一种或多种进行粗抛光；然后使用尼龙基砂带、尼龙抛光轮、布抛光轮、麻抛光轮、布线抛光轮、风轮、羊毛抛光轮工具中的一种或多种进行精抛光。

步骤4所述磨料粒度使用顺序为磨料目数逐步由小变大，120#、140#、180#、240#、280#、360#、480#、600#、800#、1000#、1500#、2000#及3000#磨粒中的两种或多种进行组合抛光。

本发明的有益效果为：

一种叶片铣削抛光一体化成型方法，提高铣削加工效率，降低铣削成本的前提下，通过后道工序的变压力分区抛光，同样保证风扇叶片的最终加工质量。此种加工方法不仅适用于新型零件的研制，也可应用于批产零件的加工，均可有效的提高总体加工效率，降低总体加工成本，并保证最终风扇叶片的加工质量，是一种新型的风扇叶片高质、高效、低成本的加工方法。

随着发动机对产品的质量要求也越来越高，铣削抛光一体化成型方法还可提高零件的表面完整性，并且本发明方法同样适用于燃气轮机、船用推动器、风力发电机等有叶片结构的表面质量的提升。

附图说明

图1为本发明大型风扇叶片叶背分区示意图；

图2为本发明大型风扇叶片叶盆分区示意图；

图3为本发明大型风扇叶片铣削加工后叶型检测结果示意图；

图4为本发明大型风扇叶片抛光加工后叶型检测结果示意图；

1-叶盆型面区域，2-叶背型面区域，3-叶盆进气边超差区域，4-叶背进气边超差区域，5-叶盆排气边超差区域，6-叶背排气边超差区域，7-叶盆叶根，8-叶背叶根，9-叶盆流道板，10-叶背流道板，11-叶盆接刀区域，12-叶背接刀区域，13-叶盆阻尼台叶根，14-叶背阻尼台叶根，15-叶盆阻尼台型面，16-叶背阻尼台型面，17-叶盆阻尼台叶脊，18-叶背阻尼台叶脊，19-进气边圆弧，20-排气边圆弧。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

大型风扇叶片材料为钛合金材料，风扇叶片尺寸为600×200mm。

如图1至图3所示，一种叶片铣削抛光一体化成型方法，包括以下步骤：

步骤1，确定铣削加工残余高度为8μm，根据风扇叶片加工程序并使用两端固定的夹具夹紧固定风扇叶片，然后进行铣削加工，铣削加工完成后，使用三坐标测量机对风扇叶片进行测量，如图3所示，其中黑色加粗线条区域为尺寸超差区域；进气边和排气边处实际尺寸为理论形状加0.11mm，超差区域宽度为40mm；

步骤2，根据步骤1的测量结果及风扇叶片结构对风扇叶片进行抛光分区，如图1和图2所示，抛光分区划分为叶盆型面区域1、叶背型面区域2、叶盆进气边超差区域3、叶背进气边超差区域4、叶盆排气边超差区域5、叶背排气边超差区域6、叶盆叶根7、叶背叶根8、叶盆流道板9、叶背流道板10、叶盆接刀区域11、叶背接刀区域12、叶盆阻尼台叶根13、叶背阻尼台叶根14、叶盆阻尼台型面15、叶背阻尼台型面16、叶盆阻尼台叶脊17、叶背阻尼台叶脊18、进气边圆弧19及排气边圆弧20；并根据不同的抛光分区选择相应的抛光工具，抛光工具为120#布基砂带、140#尼龙基砂带、140#橡胶抛光轮、280#尼龙基砂带；

步骤3，使用ug三维建模软件及tpgs运动仿真软件对各抛光分区进行程序编制及抛光参数选取，叶盆进气边超差区域3、叶背进气边超差区域4、叶盆排气边超差区域5及叶背排气边超差区域6采用变压力抛光，抛光压力由进气边圆弧19和排气边圆弧20至叶身逐渐由10n降低至1n，并设置抛光步距，抛光步距逐步由5mm降低至0.5mm；利用tpgs运动仿真软件进行抛光轨迹仿真；

步骤4，使用将风扇叶片采用一端固定一端辅助支撑的夹具将风扇叶片进行固定，通过主动力控制方式对风扇叶片合个区域进行精密抛光，通过调整抛光工具及磨料粒度使用顺序，将风扇叶片表面接刀痕、振刀特征有效去除，提高表面粗糙度等级，具体抛光顺序为：

步骤4.1，使用120#布基砂带抛光叶盆接刀区域11及叶背接刀区域12；

步骤4.2，使用120#布基砂带变压力抛光叶盆进气边超差区域3、叶背进气边超差区域4、叶盆排气边超差区域5及叶背排气边超差区域6；

步骤4.3，使用120#布基砂带抛光叶盆型面区域1及叶背型面区域2；

步骤4.4，使用140#尼龙基砂带抛光叶盆流道板9、叶背流道板10、叶盆阻尼台型面15及叶背阻尼台型面16；

步骤4.5，使用140#橡胶抛光轮抛光叶盆叶根7、叶背叶根8、叶盆阻尼台叶根13及叶背阻尼台叶根14；

步骤4.6，使用140#尼龙基砂带抛光叶盆阻尼台叶脊17、叶背阻尼台叶脊18、进气边圆弧19及排气边圆弧20；

步骤4.7，使用280#尼龙基砂带抛光叶盆型面区域1、叶背型面区域2、叶盆接刀区域11、叶背接刀区域12、叶盆进气边超差区域3、叶背进气边超差区域4、叶盆排气边超差区域5及叶背排气边超差区域6；

步骤4.8，使用280#尼龙基砂带抛光叶盆阻尼台叶根13、叶背阻尼台叶根14、叶盆流道板9、叶背流道板10、叶盆叶根7、叶背叶根8、叶盆阻尼台型面15及叶背阻尼台型面16；

步骤4.9，使用280#尼龙基砂带抛光叶盆阻尼台叶脊17、叶背阻尼台叶脊18、进气边圆弧19及排气边圆弧20，抛光后的风扇叶片测量结果如图4所示。

粗糙度改善要求为ra≤0.4，也可为ra≤0.2，通过本发明成型方法抛光后的表面粗糙度改善至ra0.32，满足使用要求。