航空发动机叶片前后缘自由式砂带抛光技术.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaMar252017VOl38NO．3SSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．educnhkxb@buaaedu，cn航空发动机叶片前后缘自由式砂带抛光技术张军锋，史耀耀*，蔺小军，段继豪西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安710072摘要：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

2、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o．01mm，其表面粗糙度小于o．4“m，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。关键词：航空发动机叶片；前后缘；柔性抛光；自由式砂带；轨迹规划中图分类号：V261．

3、2+5文献标识码：A文章编号：10006893(2017)03420327一09叶片前后缘(LeadingandTrailingEdges，LTE)分别为发动机叶片的进气口和出气口，其轮廓形状对叶片的气动性能有决定性作用。研究表明，在航空发动机的运行过程中，叶片在气动力的作用下产生的最大弯曲应力位于叶片的前后缘，易导致前缘(LeadingEdge，LE)烧蚀或龟裂、后缘(TrailingEdge，TE)裂纹等[11；资料显示，涡轮I级导向叶片，常会出现前缘烧蚀或龟裂、后缘裂纹等现象[23；另外，由于航空发动机工作于高温、

4、高压、高转速和严酷载荷条件，导致叶片的前后缘容易产生大面积高温热腐蚀[3]。可见前后缘的表面质量对发动机的工作性能和和寿命有决定性意义，而加工缺陷容易导致前后缘产生疲劳失效，进而影响发动机寿命，严重时可能发生机毁人亡的灾难性后果。据统计，疲劳失效80％以上始于表面加工缺陷，如切削刀痕、加工残余应力状态不均匀、表面烧伤、表面波纹、表层组织损伤、磨削条带等_]。由此可见，结构件的疲劳性能很大程度上取决于加工表面的表面质量，因此提高叶片前后缘的轮廓度和表面质量对发动机叶片性能和寿命具有重要意义。国内目前对于叶片前后缘的抛光主要

5、采用人工打磨抛光的方法，其一致性差、劳动强度高、环境恶劣、效率低下，成为航空发动机制造的瓶颈。文献[5—6]对砂带磨削的材料去除率模型进行了研究；文献[7]对砂带磨削材料去除率的控制方法进行了研究；文献[8]对砂带抛光的材料去除机理进行了研究；文献[9一lo]对砂带磨削工艺参数对表面质量的影响规律进行了研究；文献[11]对砂带磨削表面的粗糙度分布特征进行了研究。这些研究对本文的研究提供了理论基础。文献[12—13]对整体叶盘叶片的砂带磨削技术进行了研究；文献[14—15]对叶片的砂带抛光技术进行研究；文献[16—17]对

6、叶片的砂带磨削技术进行了收稿日期：2016．04—18；退修日期：2016一04—22；录用日期：2016一05—30；网络出版时间：2016一06—1409：07网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／111929V201606140907002．html基金项目：国家科技重大专项(2015zx04001003)*通讯作者E—mai

7、：shiyy@nwpueducn硪豫格武i张军锋．史耀耀．蔺小军．等航空发动枧叶片前后缘自由式砂带抛光技术￡Jj航空学报，2017．38(3)：420327．ZHANG

8、JF，sH

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19、ade[Jj．ActaAero—nam{caetAstronaut{c8S．nica，2017．38(3)：420327．420327．1航空学报研究。这些研究针对的是叶片的叶盆和叶背型面，而对于叶片的前后缘抛光，目前的研究极少。文献[18]采用白适应CBN砂带磨削方法对精锻叶片进行抛光，并进行了抛光实验，结果表明，和人工抛光相比，砂带抛光

20、前后缘后的形状尺寸精度和表面质量明显提高；文献[19]针对叶片前后缘提出了七轴联动数控砂带研磨法，并通过砂带磨削试验证明该方法的可行性，在此基础上进行了磨削工艺参数优化，并提出了改进方案；文献[20]利用砂带对叶片前后缘进行抛光，其基于叶片型面构造特点和砂带磨削特性的分析，规划了叶片边缘抛磨工具加工轨迹，并通过抛光实