一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法与流程

本发明涉及航空发动机，特别涉及一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法。

背景技术：

1、整体叶盘作为航空发动机核心部件之一，其形位精度和表面完整性直接影响航空发动机的适用性能。现有高压压气机整体叶盘叶片加工通常为五坐标数控铣+抛光+振动光饰+喷丸强化+二次振动光饰。由于叶片间距小干涉性强，且材料硬度高加工困难，通常采用小尺寸整体硬质合金刀具数控铣削，加工效率低，成本高，由于整体叶盘叶片结构限制，加工时叶片处于悬臂状态，加工过程中易产生振颤，引起表面振刀纹；由于叶片间距小，干涉性强，抛光仍不能完全自动化；整体叶盘叶片振动光饰后采用喷丸强化改善表面应力状态，喷丸后叶片表面粗糙度显著提高，必须进行二次振动光饰以满足图纸要求，延长了整体加工周期。

2、针对上述存在难题，本专利提出了一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法。

技术实现思路

1、现有现有高压压气机整体叶盘加工效率低、成本高、质量一致性差等问题。本专利提出了一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法。通过高效低应力水射流加工方法，去除整体叶盘叶片间较大余量，保证叶片及流道间余量0.3mm～0.6mm，采用阵列磨工艺，精确保证叶片加工精度及表面粗糙度，最后借助双相流喷丸强化工艺保证加工表面强化状态及表面粗糙度。

2、本发明提供了一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，其特征在于：

3、首先进行水射流粗开毛料规划，结合叶片叶形曲面，按照叶片建模方式用一组直线围成的轮廓包络叶片曲线，将曲线组拟合成曲面，包络整个叶片曲面，构建水射流粗开模型；水射流加工编程，利用叶盆包络线、叶背上包络线和叶背下包络线构成的曲面，生成水射流加工程序，加工顺序为叶背上表面、叶盆表面、翻面后加工叶背下表面；

4、然后进行叶片阵列磨精加工，以叶型最终型面模型为编程模型，水切割模型为毛坯，进行阵列磨加工；加工区域分为流道、叶身、叶根、进气边和排气边五个区域，根据不同区域结构特征分别确定磨削砂轮参数，规划磨削轨迹，保证叶型形位精度；磨削后进行叶片阵列抛光，采用抛光轮进行叶片表面抛光加工，进一步提高叶片表面粗糙度；

5、最后对叶片进行双相流表面强化，采用陶瓷丸或玻璃丸和水混合液，利用反射喷枪进行双相流强化，以保证叶片全型面喷丸一致性。

6、水射流粗开后预留余量0.3mm～0.6mm，阵列磨削后余量0.02mm～0.03mm，且保证叶型形位精度，阵列抛光均匀去除0.02mm～0.03mm余量，并且保证叶片表面粗糙度≯ra0.4μm。

7、水射流粗开磨料选择立方氮化硼、氧化铝、金刚石等高硬度磨料中一种或多种组合，压力100mpa～1000mpa，喷嘴直径0.3mm～5mm。

8、抛光轮包括橡胶基体轮、橡胶轮、尼龙轮、百叶轮等。抛光轮磨料粒度使用顺序为由粗到细，逐步使用360#到1000#区间磨粒中的两种及以上组合抛光。

9、陶瓷丸或玻璃丸和水的混合液，弹丸比为10％至50％，空气压力0.05～0.6mpa；反射喷枪有圆形和跑道型两种，加工选用圆形反射喷枪时，喷枪以40rpm～100rpm的转速自转，并以30mm/min～600mm/min速度匀速运动，选用跑道型喷枪时需采用双喷枪，由两个可协同联动机器人夹持喷枪进行双面喷丸，喷枪以30mm/min～1000mm/min速度匀速运动，并随叶身型面法向矢量进行角度调节。

10、本发明与现有技术相比，其优点在于：

11、本发明所述的整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，高温合金高压整体叶盘采用水射流粗开-阵列磨-双相流强化组合工艺，可实现整体叶盘叶片高效低应力粗加工、高精度磨削成型加工和高表面完整型表面强化处理。有效解决现有加工效率低、成本高和表面质量一致性差等问题。该种组合工艺方法适合高硬度、半封闭窄腔结构等加工，加工具有高形位精度和表面完整性等优点。

12、随着航空发动机性能需求的提升，对关键零件加工形位质量和表面质量要求也更加严格，该发明的应用能够显著提高整体叶盘加工质量。同时该发明在燃气轮机、导弹发动机及航天发动机等产品的整体叶盘、整体叶轮上也有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，其特征在于：水射流粗开后预留余量0.3mm～0.6mm，阵列磨削后余量0.02 mm ～0.03mm，且保证叶型形位精度，阵列抛光均匀去除0.02 mm ～0.03mm余量，并且保证叶片表面粗糙度≯ra0.4μm。

3.根据权利要求1所述的整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，其特征在于：水射流粗开磨料选择立方氮化硼、氧化铝、金刚石等高硬度磨料中一种或多种组合，压力100mpa～1000mpa，喷嘴直径0.3mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，其特征在于：抛光轮包括橡胶基体轮、橡胶轮、尼龙轮、百叶轮等。抛光轮磨料粒度使用顺序为由粗到细，逐步使用360#到1000#区间磨粒中的两种及以上组合抛光。

5.根据权利要求1所述的整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，其特征在于：陶瓷丸或玻璃丸和水的混合液，弹丸比为10%至50%，空气压力0.05～0.6mpa；反射喷枪有圆形和跑道型两种，加工选用圆形反射喷枪时，喷枪以40rpm～100rpm的转速自转，并以30mm/min～600 mm/min速度匀速运动，选用跑道型喷枪时需采用双喷枪，由两个可协同联动机器人夹持喷枪进行双面喷丸，喷枪以30mm/min～1000 mm/min速度匀速运动，并随叶身型面法向矢量进行角度调节。

技术总结
本发明提供了一种整体叶盘水射流粗开、阵列磨并双相流强化加工方法，首先进行水射流粗开毛料规划，将曲线组拟合成曲面，包络整个叶片曲面，构建水射流粗开模型；水射流加工编程，利用叶盆包络线、叶背上包络线和叶背下包络线构成的曲面，生成水射流加工程序；进行叶片阵列磨精加工，磨削后进行叶片阵列抛光；最后对叶片进行双相流表面强化，采用陶瓷丸或玻璃丸和水混合液，利用反射喷枪进行双相流强化，以保证叶片全型面喷丸一致性。本发明优点：可实现整体叶盘叶片高效低应力粗加工、高精度磨削成型加工和高表面完整型表面强化处理。有效解决现有加工效率低、成本高和表面质量一致性差等问题。

技术研发人员：闵祥禄,张厚新,谈昊,单坤,周雨辰
受保护的技术使用者：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29