整体叶盘数控砂带磨削技术及其试验

针对航空发动机整体叶盘结构复杂、材料难加工,铣削加工后粗糙度无法达到设计要求,铣削纹理明显,目前的手工抛光难以满足整体叶盘表面质量和型面精度要求的现状,提出了整体叶盘数控砂带磨削技术及其工艺试验。概述了整体叶盘砂带磨削研究进展,分别从新型砂带磨削技术和自适应砂带磨削技术等方面阐述了整体叶盘全型面数控砂带磨削技术。介绍了整体叶盘全型面数控砂带磨削试验装置及其数控磨削加工软件,利用该装置完成了4种不同级别的整体叶盘精密磨削加工试验。结果表明:整体叶盘磨削后,表面粗糙度小于0.4μm,型线精度小于0.05mm,同时型面精度一致性显著提高。     

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。     

开式整体叶盘四坐标高效开槽插铣工艺方法

 整体叶盘的加工余量主要是在其通道开槽粗加工阶段去除的,提高通道开槽切削效率是实现叶盘高效加工的关键。根据开式整体叶盘通道的结构特点,提出了四坐标插铣开槽高效低成本粗加工方法。通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面逼近,确定叶盘通道粗加工区域,给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法。该方法有效解决了直纹面逼近的曲面边界问题,并通过对叶片偏置面的直纹逼近从根本上避免了刀位轨迹计算时误差的产生。实验表明,与传统的侧铣开槽粗加工相比,采用四坐标插铣方式切削力可降低60%,粗加工效率可提高1倍以上。     

透平机叶轮叶片五轴数控粗加工优化方法的研究

为提高透平机叶轮叶片的加工质量和效率,在粗加工阶段,提出采用侧铣方法代替传统五轴数控加工中点铣,实现高效加工。基于多片直纹面包络叶片型面,提出一套复杂曲面蜕变直纹面方法,并给出相应算法,实现侧铣加工。以喷推叶轮为例,采用UG-NX进行建模与数控编程,用VERICUT刀轨仿真,通过加工路径的比较,对加工效率进行量化分析。结果表明,采用分段侧铣方法,生成的刀轨刀轴矢量变化均匀,刀具和零件未发生干涉,加工效率和加工质量明显得到提高。     

面向叶片型面的五轴联动柔性数控砂带抛光技术

针对叶片型面抛光,在分析五轴联动数控砂带抛光可行性的基础上,设计并开发了五轴联动柔性数控砂带抛光机。提出了接触轮与叶片型面有效贴合的概念,并通过改善抛光工具、采用柔性抛光技术和控制抛光轴矢量来实现砂带与叶片型面的有效贴合。抛光轴矢量由抛光位点处法矢和接触轮进给矢量计算获得,既实现了砂带与叶片型面的有效贴合,而且满足抛光轮接触压力方向与柔性机构收缩方向基本一致的要求。抛光轨迹规划采用等参数线法,抛光行距根据抛光带宽确定。最后进行抛光实验,结果为精抛后粗糙度达到0.25~0.39μm,抛光前后叶型轮廓度变化0.007mm,抛光去除量在0.010~0.016mm之间,满足图纸要求。通过实验表明,五轴联动数控砂带抛光叶片型面可行,采用本文所述技术能够满足叶片型面抛光要求。     

闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹规划

针对闭式整体叶盘通道开槽工艺问题,研究了叶盘通道五坐标开槽插铣加工方法。进行了闭式叶盘通道可加工性分析,给出了通道加工区域划分方法;基于最小面积原理研究了叶盘插铣通道边界最佳直母线求解算法,分别针对叶片曲面及叶盘内外环面,提出了通道偏置直纹包络面的生成方法,给出了闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹。研究结果表明:该方法能解决闭式整体叶盘通道插铣区域划分和直纹包络面生成问题,可有效实现闭式整体叶盘的五坐标开槽粗加工。     

整体叶盘弹性磨具抛光轨迹关键规划方法

为使得弹性磨具(砂布轮)在抛光中和叶片型面有效切合,提高抛光质量和抛光效率,研究了弹性磨具抛光轨迹规划方法,给出了抛光行距、抛光步长、刀轴矢量的计算方法。该抛光轨迹规划方法使得柔性主轴机构在抛光过程中保持合理的位姿,确保弹性磨具不仅与叶片型面有效贴合,而且使得弹性磨具抛光力方向与抛光点位法矢方向基本一致。试验结果表明:抛光后叶片表面粗糙度小于0.4μm,叶型轮廓度在公差范围内,能够满足整体叶盘叶片型面抛光要求。     

开式整体叶盘四坐标插铣开槽粗加工刀位轨迹规划

提出在开式整体叶盘的粗加工阶段,采用插铣加工代替传统的五轴数控加工点铣和侧铣,实现高效加工.提出将自由曲面蜕变为直纹面,将复杂自由曲面粗加工问题转化为简单的直纹面粗加工问题.这种方法的加工效率比传统加工方法提高约60%以上.     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

航空发动机整体叶盘叶片预变形控制研究

数控加工是航空发动机整体叶盘最主要的加工方法,数控加工工序是保证整体叶盘几何精度符合设计要求的重要环节。按照设计三维数模精铣后的叶片型面虽满足图纸尺寸公差,但后续叶片表面光整及强化工艺会对叶型特征产生不同程度的影响,导致最终叶型几何特性超出设计要求。通过对抛光、振动光饰、喷丸等表面光整及强化工艺进行分析,确定其对叶型参数的影响规律及量值,再根据预变形技术对精铣工序的加工模型和程序进行修正,使叶片在精洗后获得与后续表面光整及强化工艺变形规律相反的形状和位置,再在后续加工中消除这些预变形量,从而达到在最终交付状态获得合格整体叶盘的目标。     

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。     

散粒磨粒抛光运动轨迹的仿真与合理参数的选择

通过计算机模拟出磨粒的运动轨迹,从而得出影响抛光质量的因素,并提出了合理的抛光运动参数。     

一种新型古典抛光工艺的技术研究

对抛光模的制作、抛光粉的添加、加压的方式以及抛光后的清洗这一整套生产流程中所涉及的核心技术进行了部分改进和详细介绍,并最终给出了古典法抛光后的玻璃表面利用AFM检测后的表面形貌图,表面的粗糙度、划痕等微观缺陷明显改善。     

薄壁微三维结构件超精密研抛技术研究

针对影响薄壁微结构件超精密研抛的工艺因素,即单次进给量、研磨轨迹、研磨膏选择和去除量精确控制,通过大量的研抛加工试验,进行研抛工艺研究,得到能实现稳定和理想加工结果的研抛工艺,很好的满足零件性能要求。     

碳纤维-微晶复合材料反射镜光学加工实验

采用环抛方法对有预埋件和无预埋件的两块碳纤维-微晶复合材料反射镜进行光学加工,之后进行了稳定性实验研究,采用Zygo干涉仪实测了碳纤维-微晶复合材料反射镜面形.稳定实验后,有预埋件反射镜面形P-V值为3.013λ,RMS值为0.669λ;无预埋件反射镜面形P-V值为2.313λ,RMS值为0.276λ(λ=632.8 nm).实验结果证明,有预埋件的碳纤维-微晶复合材料反射镜结构优于无预埋件结构,为碳纤维-微晶复合材料反射镜的工程化提供参考.     

CMP加工过程中加工载荷对液膜厚度的影响分析

本文采用激光诱导荧光技术(LIF)来研究抛光参数对化学机械抛光加工区液膜厚度的影响.研究表明,抛光液膜厚度随着抛光载荷的增加而减少,减小的趋势随抛光载荷的提高而减缓.同时液膜厚度随着抛光速度的增加而变大.通过抛光参数的变化对抛光液液膜厚度影响的分析,为改善CMP加工工艺提供理论性的依据.     

基于颗粒水射流的异型不锈钢元件确定性加工

基于颗粒水射流材料去除性能稳定、无刀具磨损、复杂面形适应能力强等优点,提出了基于确定性修形的异型不锈钢元件加工方法,确定了适用于不锈钢元件表面的测量方法,对其加工路线进行了规划.对于齿形"窄"环带表面经过3次确定性修形加工后,表面面形Rms由初始的9.774Wave(1Wave=632nm)收敛至2.009Wave,表面质量提升明显,表面粗糙度减少至63.303nm,达到加工要求.实验结果表明颗粒水射流加工对不锈钢件加工具有优良的确定性修形能力,具有广泛的应用前景.     

脆硬材料光滑表面的波纹度及其产生机制初探

分析了通过不同方法加工获得的表同的波纹度，初步探索了波纹度产生的原因，并提出了减小抛光中波纹度的方案。     

压气机叶片安装板内侧面自动化磨抛加工

针对压气机叶片安装板的自动化磨抛加工,基于北航提出的自动化磨抛加工工艺开展了应用研究。结合叶片安装板区域复杂曲面或结构特点,通过对磨抛轮的粒度优选、磨抛过程的优化以及接触压力的调整,实现了磨抛精度及表面粗糙度符合设计要求的攻关目标。试验结果表明:磨抛后表面粗糙度Ra在0.4μm以下,去除量在0.03mm以内,实现了替代手工磨抛的目的。在磨抛效率上也实现了与多台数控铣的节拍匹配,在200件叶片试制过程中磨抛工艺系统稳定,拟将该技术广泛推广应用于压气机叶片的研制和生产中。     

非球面零件超精密加工技术

介绍了非球面零件超精密切削、超精密磨削、超精密抛光（研磨）、等离子体的CVM、复制等技术的超精密加工方法．