[发明专利]一种叶片边缘机械成形工艺方法

说明书

本发明公开一种叶片边缘机械成形工艺方法，根据整体叶盘的材料以及叶身型面的结构特点，建立整体叶盘振动光整数学模型，并利用有限元分析软件进行流体环境下的系统模拟，确定前后缘位置的振动光整去除量；确定去除量后，重新构建数控加工模型，再进行模拟分析；经过迭代模拟确认最终的整体叶盘数控加工模型。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)实现了叶片边缘的机械化成形加工，100％保证了整体叶盘、叶轮、叶片类零件的加工质量；2)提高产品的加工效率60％。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种叶片边缘机械成形加工方法。

背景技术

经数控机床加工过的发动机整体叶盘、叶轮以及叶片，在其外形表面上通常都存在拉毛、粗糙度不均匀，以及两表面转接处质量较差等现象，这在叶片的加工生产中都是难以避免的，这样的零件如果直接用于发动机、汽轮机的组装，将会严重影响产品的精度和质量。因此，在生产中要对叶片进行抛光加工。目前，国内企业在进行该项加工时，大多数依然是利用人工抛光方法。人工抛光方法存在质量稳定性差、加工周期长等缺点，严重影响了整台发动机机组的质量水平和工作效率。因此，用振动光整机加工设备，利用机械化的加工方式实现对叶片表面的抛光，能够在叶身型面上取得较好的一致性。

目前，叶片型面的加工均是使用数控机床来实现，并且能够在一定程度上保证叶片轮廓尺寸精度和位置精度的要求。但由于数控机床选用的刀具因素，在其叶片表面存在铣削形成的密排轨迹，局部区域还存在接刀痕迹，表面粗糙度一般在Ra1.6μm左右，而汽轮机叶片多数要求在Ra0.8μm或Ra0.4μm以上，这就需要后序对其进行表面光整。叶片表面光整是一种叶片的表面强化方法，其作用是使微观表面的轮廓最大高度降低，生成均匀的冷作硬化层，消除内部有害加工应力的同时，给表面增加一个均匀的预压应力，可制止微观裂纹发展，提高叶片疲劳强度。叶片表面光整加工的主要目的是:保证数控机床加工获得的尺寸精度和位置精度不受到破坏的基础上(即不发生变形、腐蚀等现象)，使叶片表面粗糙度达到一定标准。

现有加工方法的效果是：叶片表面大部分的去除尺寸量很小，基本没有发生加工变形；刀具的加工型线痕迹基本被去除，只有个别接刀痕迹和加工深度较大的刀痕没有被去除；但是叶片前后缘去除量较大，直接导致前后缘出现削边、平头等形状。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种叶片边缘机械成形工艺方法，本发明的目的是这样实现的：根据整体叶盘的材料以及叶身型面的结构特点，建立整体叶盘振动光整数学模型，并利用有限元分析软件进行流体环境下的系统模拟，确定前后缘位置的振动光整去除量；确定去除量后，重新构建数控加工模型，再进行模拟分析；经过迭代模拟确认最终的整体叶盘数控加工模型；具体步骤是：

步骤1：整体叶盘叶片前后缘形状的确认：根据前后缘形状决定振动光整时间；边缘为圆形时，振动光整时间为4±1小时；边缘为椭圆形时，振动光整时间为2.5±0.5小时；

步骤2：叶片安装角的确认：安装角大于45°时，其前后缘在叶盆和叶背区域的去除量差异较大，不能采用相同的余量和形状构建模型，需要分别对待；

步骤3：模拟振动光整磨料运动的流场状态的确认：在确认了前后缘形状及叶片安装角度后，采用流体动力学仿真软件，进行磨料的运动流场分析，在仿真过程中调整参数，使磨料流动参数变化减小，加工去除量均匀一致；

步骤4：根据整体叶盘材料及叶片间间隙确定振动光整磨料的材料及形状；

步骤5：以叶盆表面粗糙度达到Ra0.4μm为标准，确定前缘振动光整时间为4±1小时；

步骤6：以叶背表面粗糙度达到Ra0.4μm为标准，确定后缘振动光整时间为3±1小时；

步骤7：三坐标检测，确定叶片前后缘的形状及去除量；在叶身型面粗糙度达到Ra0.4μm时，从叶尖至叶根前后缘去除量逐渐减小；