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定向合金材料渦輪工作葉片加工技術(shù)研究論文
摘要:本文介紹了某定向合金材料工作葉片加工工藝技術(shù)方法,重點(diǎn)闡述了定向合金材料采用機械壓緊方式進(jìn)行基準轉換的方法和加工特點(diǎn),對于研制過(guò)程中的關(guān)鍵及存在困難地方進(jìn)行介紹和總結。對以后加工同類(lèi)型的零件具有指導和借鑒意義。
論文關(guān)鍵詞:基準轉換,緩進(jìn)磨削,磨削裂紋
1、前言
隨著(zhù)燃氣輪機研制的不斷發(fā)展,對動(dòng)力渦輪的葉片加工需求也在不斷變化。采用傳統工藝方法進(jìn)行新品葉片的研制加工,逐漸顯露出一些不足。對于一些新工藝、新方法的有益嘗試,顯得越來(lái)越重要。
定向結晶高溫合金材料,是傳統的難加工材料,采用車(chē)、銑等加工方法來(lái)實(shí)現材料的去除是較為困難的。工藝上一般均采用磨削方式進(jìn)行加工。磨削方式(尤其是緩進(jìn)磨方式)加工的切削力較大,因此要求葉片的定位、壓緊要牢固、可靠。
由于無(wú)余量精鑄葉片的毛料基準點(diǎn)大都設在葉身上,為避免對定向合金材料直接壓緊而導致材料再結晶,傳統工藝路線(xiàn)是首先采用精密定位方式進(jìn)行基準轉換,將葉身上的毛料基準轉換到規矩的定位方箱上,從而保證葉片加工時(shí),葉片定位、壓緊的可靠性。隨著(zhù)精密定位工藝的大量應用,帶來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越多。首先,錫、鉍等金屬對高溫合金材料的性能有很大影響,如果去除不凈存在較大的隱患。其次,精密定位方法的生產(chǎn)效率不高,污染較重。再有,精密定位方箱的制造數量大、成本高,且方箱數量制約著(zhù)零件的周轉數量。
因此,擬采用機械壓緊的方式進(jìn)行基準轉換,通過(guò)工藝研究解決機械壓緊方式壓傷、壓緊穩定性等問(wèn)題,進(jìn)而完成機械加工的整個(gè)過(guò)程。
作者簡(jiǎn)介:姜紹西,男,1975年生,中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(集團)有限公司葉片加工廠(chǎng)。研究方向弱剛性零件機械加工。公開(kāi)發(fā)表論文多篇。
2、研制加工的難點(diǎn)
采用機械壓緊方式進(jìn)行基準轉換,進(jìn)而采用轉換后的基準進(jìn)行榫齒以及其它工序的加工,是定向合金材料渦輪工作葉片加工的一種新的嘗試,也同樣需要解決如基準轉換的可靠性、定位的穩定性、壓緊防壓傷等問(wèn)題。本文采用機械壓緊方式進(jìn)行基準轉換的穩定性,防止產(chǎn)生材料再結晶現象。采用葉片榫齒緩進(jìn)磨成型磨削試驗,避免磨削裂紋。
3、試驗方案的確定及實(shí)施
3.1 工藝路線(xiàn)的制定
該葉片工藝路線(xiàn)主要依據有關(guān)圖紙及文件來(lái)制定。首先進(jìn)行基準轉換,選擇毛料的六個(gè)定位點(diǎn)定位、壓緊,磨加工出基準。然后利用轉出的基準進(jìn)行榫齒的磨削加工,接著(zhù)以榫齒為基準進(jìn)行葉片榫頭及其它部位的加工。
機加工前,首先安排固熔熱處理。機加后,進(jìn)行時(shí)效熱處理等其它工序。其工藝路線(xiàn)如下:
毛料→磨基準→磨榫齒→磨盆、背向緣板→磨進(jìn)、排氣邊緣板→磨進(jìn)氣邊榫頭側面→特種工藝
3.2 基準轉換
3.2.1 設計基準及工藝轉換基準
毛料基準點(diǎn)選擇如圖一所示,在榫頭背向延伸段上選取A1、A2兩點(diǎn),葉背型面的截面上選擇一點(diǎn)A3,從而構成一個(gè)平面,限制了Y軸平移和Z軸、X軸旋轉。在榫頭和葉冠側面緣板上各選取一點(diǎn)B4、B5點(diǎn),限制了Y軸旋轉和X軸平移。而在軸向方向選取一點(diǎn)F6點(diǎn),限制了Z軸平移。這樣葉片六個(gè)方向自由度被完全限制。
圖一毛料基準點(diǎn)示意圖
由于直接采用六個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行定位、壓緊來(lái)加工榫齒,其機械加工的穩定性差,尤其是榫頭延伸段兩個(gè)點(diǎn)定位,榫齒磨削中承擔著(zhù)絕大部分的壓緊力。直接壓緊可能會(huì )造成葉片壓緊變形。為此,工藝安排基準轉換,將延伸段兩個(gè)定位點(diǎn)轉換到榫頭緣板上,用小平面代替定位點(diǎn)。(見(jiàn)圖二)。
圖二基準轉換工藝要求
3.2.2 基準轉換工裝的設計
由于葉身A3點(diǎn)和F6點(diǎn)均在葉背上,轉換的基準只能選擇在背向緣板上;鶞兽D換時(shí),只能采用以背向定位,加工背向基準這種“反定位”的方式進(jìn)行。這給基準轉換的工裝設計帶來(lái)了難度。主要表現在:
1)以背向定位、盆向壓緊,反向裝夾葉片困難。
2)由于背向延伸段定位基準A1、A2點(diǎn)與加工面同在一個(gè)方向,需要避免加工干涉。
3)避免將延伸段兩點(diǎn)作為加工的主要受力點(diǎn)。
我們設計了基準加工的專(zhuān)用工裝,該工裝依然以毛料六個(gè)定位點(diǎn)定位、壓緊,但通過(guò)一些輔助結構巧妙的解決了上述問(wèn)題。結構圖見(jiàn)圖三)。
圖三夾具結構圖
首先,夾具設計采用了類(lèi)似正弦規的可翻轉結構,整個(gè)夾具體可沿著(zhù)轉軸180°翻轉。翻轉后,以背向六點(diǎn)基準定位安裝葉片,壓緊壓蓋(壓蓋可翻轉),整個(gè)夾具體沿轉軸回轉180°(翻轉示意圖見(jiàn)圖四)。這種設計方法解決了反向裝夾葉片困難的問(wèn)題。
圖四夾具體翻轉示意圖
其次,將葉背的A1、A2、A3點(diǎn)三點(diǎn)設計在一個(gè)定位板條上,定位板條為長(cháng)條形狀,其寬度可將三個(gè)基準點(diǎn)包圍起來(lái),同時(shí)露出被加工表面。加工時(shí),將兩片砂輪合并,中間用砂輪墊圈分隔,砂輪墊圈厚度比基準板寬度略寬(見(jiàn)圖五),從而避免加工面與定位點(diǎn)干涉問(wèn)題。
圖五夾具基準板條示意圖
夾具體整體翻轉,裝夾葉片后壓緊壓蓋,緣板壓緊塊和葉身壓緊塊對葉片緣板實(shí)現壓緊。夾具體回轉,壓緊夾具體。實(shí)際加工中,實(shí)際主要承載加工力的為緣板壓緊塊(見(jiàn)圖六)。不再以延伸段兩點(diǎn)作為加工的主要受力點(diǎn)。避免了榫齒磨削中造成葉片壓緊變形。
圖六夾具壓緊結構示意圖
通過(guò)對小批量試驗件進(jìn)行試驗加工,加工尺寸合格且穩定,說(shuō)明夾具設計能夠滿(mǎn)足工藝要求。
3.3磨榫齒
3.3.1 磨榫齒的要求
該工作葉片的榫頭結構見(jiàn)圖六。由于榫齒磨削以榫頭背向緣板小平面為基準,工序中無(wú)法將盆、背榫齒加工出的同時(shí)加工出來(lái),只能分開(kāi)單獨加工。
圖六榫齒加工技術(shù)要求
3.3.2 磨榫齒工序定位基準點(diǎn)的選定
為盡可能減少基準轉換造成的公差分配,減小加工難度,工藝上將磨榫齒的主要基準由背向延伸段兩點(diǎn)轉換到背向緣板上兩個(gè)小平面上。其余點(diǎn)均采用原來(lái)的設計基準。
該工藝對夾、測具的統一性要求較高,若兩者位置差異過(guò)大,會(huì )帶來(lái)基準不統一誤差,影響榫齒的加工質(zhì)量。
3.3.3 加工參數的制定
砂輪:國產(chǎn)中華牌硅砂輪(砂輪牌號WA/PA80/100F14V35)
冷卻液:選用進(jìn)口馬斯特系列產(chǎn)品中的水基合成液(牌號為C270)作為磨削專(zhuān)用冷卻液,冷卻液出口壓力為0.8Mpa。加工參數見(jiàn)表一。
表一加工參數表
參數
進(jìn)給速度(mm/Min)
切削深度(mm)
線(xiàn)速度(m/s)
循環(huán)次數
粗加工
50~60
0.5
22
2
精加工
100~110
0.1
26
1
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