一種高精度薄壁輪盤表面精細加工和光整加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，涉及零件表面精細加工和光整加工技術(shù)，提供 了一種有效降低零件表面粗糙度值、并改變表面應(yīng)力狀態(tài)的加工方法，主要應(yīng)用于航空發(fā) 動機各種盤環(huán)、鼓筒等回轉(zhuǎn)類零件的表面精細加工和光整加工。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)動機中盤環(huán)、鼓筒、軸頸等零件均是發(fā)動機的核心轉(zhuǎn)動部件和關(guān)鍵件，是在高 溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的惡劣環(huán)境下工作。這類零件材料大多采用高溫合金、鈦合金等難加工材 料制造，尺寸精度要求高，技術(shù)條件嚴格，對零件表面質(zhì)量、表面完整性要求高，其加工質(zhì)量 的高低直接影響到發(fā)動機的使用壽命和安全可靠性。
[0003] 傳統(tǒng)的光整加工如：輪盤表面的拋光，是在普通車床上使用砂布條、采用手工拋光 方式加工，由于渦輪盤型腔敞開性差，手工拋光幾乎不可達，粗糙度不易保證，質(zhì)量不穩(wěn)定。 對孔邊、花邊、槽邊等各類邊緣的加工，普遍采用銼刀、油石及紗布條手工去除毛刺并拋光 的工藝方法完成各類邊緣加工，加工后邊緣尺寸一致性較差。傳統(tǒng)的加工模式過多地依賴 操作者的經(jīng)驗和技能水平完成加工，人為影響因素大，質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著航空發(fā)動機性能的 不斷提高，急需對這些關(guān)鍵轉(zhuǎn)動件表面精細加工和光整加工工藝進行優(yōu)化改進，實現(xiàn)自動 化、精準化加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能有效降低零件表面粗糙度值，獲得高的邊緣尺寸一 致性，并改變零件表面應(yīng)力狀態(tài)的加工方法，滿足新一代航空發(fā)動機對盤軸、鼓筒、軸頸等 關(guān)鍵轉(zhuǎn)動零件嚴格的表面質(zhì)量和表面完整性的要求。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 1、零件表面及邊緣光整加工工藝方案的確定
[0007] 由于航空發(fā)動機對盤、鼓筒等關(guān)鍵轉(zhuǎn)動零部件的表面質(zhì)量和表面完整性要求高， 傳統(tǒng)的手工操作對零件表面和各類邊緣進行拋光的加工方式已不能滿足零件使用性能要 求，因此新工藝方案采用了一種旋軸式振動光飾加工工藝，振動光飾后，零件表面粗糙度值 降低1~2個等級，各類邊緣的尺寸一致性提高了 40%以上，滿足零件使用壽命和安全可靠 性。
[0008] 2、振動光飾加工設(shè)備及原理
[0009] 根據(jù)零件的規(guī)格形狀選擇了旋軸式振動光飾機。振動光飾加工通過磨料和零件的 相對運動，產(chǎn)生微量的磨削加工作用，去除零件表面的尖邊和微小凸起，促使零件表面粗糙 度值降低，同時零件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而提高零件的表面完整性。旋軸式振動光飾 機可以正反雙向轉(zhuǎn)動，即可繞自身自轉(zhuǎn)，同時圍繞主軸中心公轉(zhuǎn)，磨料箱周期性上下往復(fù)運 動，從而使零件與磨料接觸和磨削加快，大面積多方向摩擦，實現(xiàn)高效光整加工。
[0010] 振動光飾加工時，首先將輪盤一側(cè)表面朝下通過專用夾具，將盤件安裝在機床氣 動夾盤上，通過主軸系統(tǒng)的升降帶動零件進入磨料中，在行星輪系、運動料箱等多方面運動 系統(tǒng)的作用下，對輪盤零件的外表面、型腔及端面進行光整加工，使磨料與零件表面產(chǎn)生擠 壓、劃擦等運動，實現(xiàn)對零件的微切削高效加工。
[0011] 3、磨料選擇
[0012] 磨料成分選擇：可選擇陶瓷或白剛玉，保證了零件嚴格的表面質(zhì)量要求。
[0013] 磨料規(guī)格、形狀選擇：根據(jù)零件各表面形狀及邊緣光整加工要求，選用規(guī)格為 3X3X4mm多邊菱形（斜三角形）磨料。
[0014] 4、專用夾具設(shè)計
[0015] 振動光飾時通過專用夾具實現(xiàn)零件與設(shè)備的連接，專用夾具包括下定位環(huán)1、上定 位環(huán)2、轉(zhuǎn)接筒組件3、壓緊螺栓4、連接螺栓5 ;轉(zhuǎn)接筒組件3由底盤6、圓筒7、連接環(huán)8組 成，底盤6套裝于圓筒7底部并與圓筒7焊接為一體，轉(zhuǎn)接環(huán)8套裝于圓筒7頂部并與圓筒 7焊接為一體；上定位環(huán)2設(shè)于圓筒7上面并與轉(zhuǎn)接環(huán)8通過連接螺栓5連接，下定位環(huán)1 與上定位環(huán)2通過壓緊螺栓4連接。壓緊螺栓4數(shù)量為8個，連接螺栓5數(shù)量為6個。
[0016] 5、振動光飾加工步驟
[0017] (1)加工前用專用黑膠布對輪盤篦齒部位進行保護，黑膠布纏繞篦齒不少于5層， 將旋軸式振動機內(nèi)裝填磨料，磨料需高出輪盤與夾具的總高度100mm以上；
[0018] (2)將輪盤裝夾在夾具上并將夾具安裝在機床氣動夾盤上，開動機床，進行試振， 確認無異常狀況后，正式加工輪盤；
[0019] (3)對輪盤?側(cè)表面進行振動光飾加工，正轉(zhuǎn)振動30分鐘，反轉(zhuǎn)振動30分鐘；
[0020] (4)停機，重新裝夾輪盤，對輪盤?側(cè)表面進行振動光飾加工，正轉(zhuǎn)振動30分鐘， 反轉(zhuǎn)振動30分鐘；
[0021] (5)停機，卸下夾具和輪盤，清理輪盤表面多余物，用脫脂棉蘸丙酮擦拭輪盤表面 水漬和灰塵，擦拭后靜置5-10分鐘，使輪盤表面的丙酮揮發(fā)完全。
[0022] 6、振動光飾加工的加工參數(shù)
[0023] 振動頻率：60 ± 5HZ ;
[0024] 磨液：機床專用磨液；
[0025] 磨液噴灑時間：3min ;
[0026] 磨液間隔時間：3min ;
[0027] 振動光飾時間：60分鐘（正轉(zhuǎn)振動30分鐘，反轉(zhuǎn)振動30分鐘）。
[0028] 本發(fā)明具有以下有益的效果：
[0029] 本發(fā)明在發(fā)動機關(guān)鍵轉(zhuǎn)動零部件表面光整加工技術(shù)上有重大突破和創(chuàng)新，有效地 解決了渦輪盤、鼓筒等零件手工拋光受人為影響因素大、質(zhì)量差、零件半封閉型腔手工拋光 不可達，粗糙度不易保證，拋光后邊緣尺寸一致性差、質(zhì)量不穩(wěn)定的技術(shù)難題。
[0030] 通過設(shè)計一種旋軸式振動光飾加工工藝方案，使加工后零件表面粗糙度值降低 1-2個等級，振動光飾后的表面形貌有很大地改觀，表面紋理均勻規(guī)整，表面應(yīng)力狀態(tài)均由 振動光飾前的拉應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力，壓應(yīng)力值在_200MPa~-500MPa之間。各類邊緣采用振 動光飾加工后表面質(zhì)量好，表面粗糙度值低，邊緣尺寸均勻，尺寸一致性可達90 % -100 %， 為航空發(fā)動機關(guān)鍵零部件的表面光整加工提供了切實可行的工藝方法和加工參數(shù)。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明輪盤在夾具上進行安裝示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明輪盤加工過程中裝夾示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明夾具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明夾具中轉(zhuǎn)接筒組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖中：1、下定位環(huán)；2、上定位環(huán)；3、轉(zhuǎn)接筒組件；4、壓緊螺栓；5、連接螺栓；6、底 盤；7、圓筒；8、連接環(huán)；9、振動光飾區(qū)域（篦齒除外）。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0037] 1、零件結(jié)構(gòu)
[0038] 如圖1所示，渦輪盤零件屬大直徑復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁盤類件，帶有安裝邊結(jié)構(gòu)，安裝邊 與輪盤輻板形成半封閉深型腔，敞開性極差。其中輪緣、輻板、安裝邊處外圓、端