航空發(fā)動機(jī)葉片磨削用超硬磨料砂輪修整技術(shù)及裝置研制

郭 召， 黃 超， 王鵬健， 趙艷杰， 張明東， 曹少強(qiáng)

（陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司，陜西 寶雞712009）

0 引言

葉片是航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零件之一，工作過程中要承受高溫、高壓、氣蝕，工況惡劣。葉片多為鈦合金、高溫合金材料，韌性大、強(qiáng)度高、熱硬性好。葉片型面為復(fù)雜的自由曲面，這些特性決定了葉片的難加工性。傳統(tǒng)的葉片加工多采用精密模鍛后人工修磨、拋光處理。這種工藝方法效率較低，精度一致性差，型線不準(zhǔn)確，葉片質(zhì)量不高。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外機(jī)床制造企業(yè)紛紛面向航空制造企業(yè)研發(fā)了用于葉片精密加工的數(shù)控機(jī)床。筆者公司也依托多年精密磨床設(shè)計制造經(jīng)驗，相繼成功地研發(fā)了多款葉片磨削機(jī)床。葉片型面屬于復(fù)雜曲面，為避免磨削干涉，一般所選用砂輪尺寸較小，為了獲得高的表面質(zhì)量，需要進(jìn)行高速磨削。葉片材料強(qiáng)度高、韌性大，磨削阻力大，采用普通的剛玉砂輪難以滿足要求。超硬磨料砂輪硬度高、強(qiáng)度大、保形能力強(qiáng)，耐磨能力好、耐用度高，易于控制加工尺寸，加工表面質(zhì)量好，磨削效率高，可以實現(xiàn)高速磨削（見圖2）。但是超硬磨料砂輪的自銳性差、易堵塞，因而影響磨削過程的穩(wěn)定性及表面質(zhì)量。為此，需要對砂輪進(jìn)行定期修整。然而，超硬磨料砂輪的高硬度特點給砂輪的修整帶來了極大的困難。為了推進(jìn)葉片磨削工藝的應(yīng)用，需要對葉片磨削用超硬磨料砂輪修整技術(shù)進(jìn)行研究并開發(fā)相應(yīng)的砂輪修整裝置。

圖1 超硬磨料砂輪磨削葉片型面

圖2 航空葉片磨削用超硬磨料砂輪

1 砂輪修整的主要方法

砂輪修整的關(guān)鍵在于得到較高的形狀精度及良好的形貌，使磨削時有足夠的容屑空間，有利于磨削液進(jìn)入，防止燒傷。常用的砂輪修整方法有車削法、磨削法。

1.1 車削法

如圖3，車削法是使用單點金剛石筆、修整片等車削金剛石砂輪達(dá)到修整目的。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但修整過程為點接觸，金剛筆的磨損嚴(yán)重，尤其是修整超硬磨料，更加劇了這種磨損加大。隨著磨損，修整軌跡將發(fā)生變化，影響砂輪廓形精度。

圖3 車削法修整砂輪

金剛石筆硬且脆，不耐沖擊，為避免砂輪緣端的沖擊，從砂輪中央高點向左右兩側(cè)移送修整；修整器應(yīng)和砂輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜5°～10°，以避免修整時振動或修整器刺入砂輪面而損壞金剛石筆。

1.2 磨削法

磨削法是用普通磨料砂輪磨削超硬磨料砂輪進(jìn)行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂輪上的樹脂、陶瓷、金屬結(jié)合劑，致使超硬磨粒脫落，產(chǎn)生新的切削刃。在磨削過程中還可以對砂輪廓型進(jìn)行修整，補(bǔ)償不均勻磨損量，這是目前最為廣泛采用的修整法。

2 葉片磨削用超硬磨料砂輪修整技術(shù)及修整裝置研制

如圖4，根據(jù)航空葉片磨削砂輪的形狀特點，開發(fā)了5軸4聯(lián)動超硬磨料砂輪修整試驗臺。該試驗臺可實現(xiàn)多種規(guī)格、形狀超硬磨料砂輪的精確修整。超硬磨料砂輪修整過程見圖5。

砂輪廓型精度檢測儀如圖6。

典型砂輪應(yīng)用效果評價如圖7。

3 結(jié)語

圖4 超硬磨料砂輪修整試驗臺

圖5 超硬磨料砂輪修整過程

圖6 砂輪輪廓測量儀

圖7 葉片磨削精度檢測報告

采用磨削法修整超硬磨料砂輪，可以獲得高的砂輪廓形精度及表面質(zhì)量。針對超硬磨料砂輪應(yīng)用中存在的磨粒不等高、磨粒不鋒利（負(fù)前角）、磨粒不均勻等問題，進(jìn)行了大量的磨削修整試驗，對比了不同磨削修整參數(shù)下獲得的砂輪修整精度。采用磨削法修整超硬磨料砂輪修整砂輪與超硬磨料砂輪的線速比應(yīng)該控制在3～10；精度與修整進(jìn)刀量有關(guān)，一般修整深度只要略大于0.04 mm即可。合理地選擇修整深度，既可保證修整的質(zhì)量，又能延長砂輪的使用壽命；修整過程中要進(jìn)行充分冷卻，防止金剛石類超硬磨料碳化。

［1］ 陳根余，謝小柱，李力鈞，等.超硬磨料砂輪修整與激光修整新進(jìn)展［J］.金剛石與磨料磨具工程，2002（2）：8-12.

［2］ 任敬心，華安定.磨削原理［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1988：148-158.

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