整体叶盘抛光技术的研究现状及发展趋势

整体叶盘的表面质量和型面精度对航空发动机的气流动力性和使用性能影响巨大,而抛光是保证整体叶盘最终表面质量及型面精度的关键技术。针对目前国外对整体叶盘抛光技术及装备的严格保密、国内整体叶盘的抛光仍然广泛采用人工打磨的现状,对整体叶盘的抛光技术研究现状及发展趋势进行归纳总结,为整体叶盘的抛光及其自动化的发展提供参考。首先,概述了整体叶盘抛光加工的必要性及其重要性,分别从整体叶盘结构特性、材料特性和曲面特性等方面分析了整体叶盘的抛光工艺,并介绍了整体叶盘抛光工艺要求。然后,就整体叶盘磨料流加工、电解加工、砂带抛光等方面概述了国内外整体叶盘抛光技术及装备的研究现状,在此基础上提出了制约整体叶盘型面抛光技术发展的关键问题及其研究内容和解决方案。最后,根据整体叶盘的技术现状及核心关键问题指出了整体叶盘抛光技术的发展趋势。     

航空发动机叶片柔性抛光技术

 基于发动机叶片结构特点及其抛光工艺要求,为实现叶片型面及阻尼台自动化抛光,满足其型面及进排气边尺寸、粗糙度等质量要求,消除叶片型面波纹对抛光工艺的影响,对砂带柔性抛光工艺装备技术进行研究,提出基于抛光力控制的砂带柔性磨头抛光工艺方法,并对其抛光工艺过程、抛光力控制进行研究,通过对叶片自动化抛光编程及抛光轨迹路径规划技术研究,最终实现发动机叶片高效柔性抛光工艺。抛光试验结果表明,柔性自动化抛光后叶片型面尺寸精度可达±0.06 mm,粗糙度低于R_a0.4,与传统手工抛光方法相比,大大提高其抛光效率及表面质量稳定性,降低劳动强度,且减少粉尘污染。     

整体叶盘叶片自动化抛光颤振抑制技术

基于研制的自动化抛光系统,针对整体叶盘叶片抛光加工的颤振问题,分析了颤振后叶片表面的几何形貌。结合整体叶盘叶片自动化抛光系统,阐述了抛光颤振机理。基于颤振机理确定了编程技术优化、抛光参数优化、提高系统刚性等3种抛光颤振抑制技术,获得了优化后的刀轴方向、抛光轨迹、抛光参数及工艺填充方法。经试验验证,颤振现象,叶片波纹度、平均误差、表面粗糙度等减小,表面质量得到较大提升,颤振痕迹明显消除。     

钛合金TC4的超硬磨料柔性抛光轮数控抛光试验研究

航空发动机叶片钛合金材料在数控磨抛加工中容易发生烧伤及黏附现象,针对常用的TC4材料开展了超硬磨料柔性抛光轮数控抛光试验研究。分析了超硬磨料柔性抛光轮抛光参数中转速、进给速度、预压量及行距对抛光去除深度及抛光后试件表面粗糙度的影响规律并通过正交试验分析了各抛光参数影响的主次关系。确认了钛合金试件抛光表面黏附物质成分,并同时分析了表面黏附物的形成原理。给出了TC4钛合金材料在超硬磨料柔性抛光轮数控抛光过程中工艺参数的选择策略,为TC4材料的航空发动机叶片和整体叶盘在超硬磨料柔性抛光轮数控抛光过程中提供理论依据和技术基础。     

锡的物理机械性能及对晶体抛光质量的影响

研究了锡的物理机械性能对晶体抛光质量的影响，揭示了锡的硬度在２０－６０℃范围内具有明显的感温特性及不同的容纳磨料嵌入的能力．使用锡盘抛光时切向力较大．因此，当抛光条件变差时易产生抛光切向振动，破坏抛光质量及面型精度．     

微晶玻璃及其抛光

讨论了微晶玻璃的内部结构,低温抛光及抛光后的表面缺陷和表面完整性.     

进动气囊抛光技术研究

为实现高精度的光学玻璃零件的加工,本文对进动气囊抛光关键技术进行了详细研究.首先介绍了进动气囊抛光设备及原理,通过对Preston方程的分析及工艺参数实验确定了抛光去除函数,并对驻留时间算法进行优化求解,通过MATLAB仿真验证残余误差在0.1 μm以内,最后对平面和球面玻璃进行了抛光实验,获得了面形PV值为0.18μm的球面表面,验证了驻留时间算法的合理性,满足光学玻璃元件精密加工的基本要求,为后续进行自由曲面的抛光提供了理论基础.     

航空发动机叶片前后缘自由式砂带抛光技术

由于叶片前后缘(LTE)的轮廓形状和表面质量将对航空发动机的气动性能和叶片的疲劳性能产生直接影响,因此为提高前后缘的轮廓度和表面质量,通过对目前航空发动机叶片前后缘抛光所存在的问题进行分析,结合叶片前后缘抛光工艺要求,并基于自由式砂带抛光的工艺特点,提出了叶片前后缘自由式砂带抛光工艺方法;针对该抛光工艺方法,建立其砂带张紧力控制系统,确定了抛光加工中的砂带走刀步长计算公式及抛光轨迹规划方法;最后以某型号叶片的前后缘作为加工对象进行抛光实验研究。检测结果显示:叶片前后缘轮廓度误差小于0.01mm,其表面粗糙度小于0.4μm,证实了该抛光工艺方法对提高叶片前后缘的轮廓度和表面质量的有效性。     

电磁抛光装置的结构设计及特性研究

介绍了五轴联动磁流变抛光系统中的关键部件———公自转电磁抛光轮的结构设计进行了详细阐述,创造性的将电刷供电方式应用于该新型抛光轮的结构中。设计并开发了直流供电及交流供电两种驱动电源,并开展了抛光去除特性试验研究,对磁流变抛光过程中的主要控制参量直流线圈电压大小对被抛光工件表面材料去除特性的影响进行了研究。     

进动气囊抛光工艺参数研究

为了提高光学元件的面形精度,提高加工效率,针对平面光学零件,以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标,对影响进动气囊抛光的几个工艺参数进行了正交试验及分析,得出各工艺参数对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律。确定最佳工艺参数,并在此条件下进行了气囊抛光工艺试验,通过Matlab软件拟合出了气囊抛光去除函数,为开展驻留时间的计算和面形控制提供了依据。     

砂布轮柔性抛光力的建模与参数优化

砂布轮柔性较大可以实现航空发动机叶片微面切触自适应抛光,提高叶片表面完整性和力学性能。抛光力是影响抛光表面完整性的关键参数,通过单因素试验分析确定了砂布轮抛光力的影响参数及其影响规律,通过正交试验和极差法确定了影响抛光力的主要参数是砂布轮的压缩量和转速;利用二元二次回归正交试验得出了抛光力的预测模型,利用该模型分析了抛光力预测误差变化趋势,明确了不同转速下抛光力主要影响参数的稳定域;整体叶盘的抛光试验表明：通过合理控制抛光力,可以实现表面粗糙度小于0.4 μm的抛光效果,且效率比人工提高20%。     

工艺参数对砂布轮柔性抛光力影响规律的分析

为了掌握砂布轮抛光工艺参数对抛光力的影响规律，提高抛光质量，设计了四因素三水平正交试验，利用试验结果建立了抛光力预测模型，验证了模型的显著性；分析了工艺参数对抛光力耦合影响规律，结果表明：抛光力随砂布轮初始半径和粒度的减小而增大，随转速和压缩量的增大而增大；对叶片进气边的抛光实验效果表明：通过控制压缩量可以获得稳定的抛光力，进而获得理想的抛光效果。     

纳米精度光学非球面研磨、抛光技术

介绍了高精度光学非球面的研磨、抛光技术与计算机控制水平、机械设计能力等相关领域的发展。     

抛光参量对抛光光学元件亚表层的影响

研究了抛光粉的种类、抛光速度的大小以及抛光玻璃的性质等抛光参量对光学元件亚表层特征的影响,并结合抛光机理进行了分析。     

自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。     

环形气囊抛光非均匀性的研究

针对环形气囊抛光光学元件表面时产生的抛光非均匀性现象,简要介绍了环形气囊抛光技术的运动方式和实验平台的主要组成部分。介绍了环形气囊的抛光机理,基于Preston方程,分析了抛光非均匀现象产生的原因和解决途径,通过调整环形气囊抛光头与工件之间的相对运动方式和调整环形气囊抛光头与工件之间的相对位置等两种方法,消除了工件中心抛光效果差的现象,实现了工件表面的均匀性抛光。     

超精密研磨抛光机床的研究与设计

利用纯金属锡制作抛光盘,结合超精密主轴和导轨,可以对抛光盘进行超精密车削修整。同时该机床的抛光盘主轴和工件主轴均为可调速的主动驱动,既可以实现古典的平板接触式研磨,亦可实现流体浮动抛光。