專利名稱：一種磨粒流加工控制葉片氣膜孔重熔層去除量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于葉片加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磨粒流加工控制葉片氣膜孔重熔層去除量的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)的渦輪葉片是發(fā)動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)熱力循環(huán)的關(guān)鍵零件，在發(fā)動機(jī)工作過程中，隨著渦輪前溫度的不斷提高，以及受發(fā)動機(jī)燃燒室溫度場不均、渦輪葉片材料自身抗高溫能力的限制，葉片自身的冷卻是解決耐高溫問題的關(guān)鍵。目前改善葉片自身冷卻性能的方法是在葉片的葉身一側(cè)加工若干個冷卻氣膜孔，以實現(xiàn)氣膜冷卻，降低葉片溫度，因此，渦輪葉片冷卻氣膜孔的加工質(zhì)量嚴(yán)重影響了發(fā)動機(jī)的可靠性。目前，批量加工渦輪葉片氣膜孔的方法多是采用電火花加工，利用放電時局部瞬間產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來，在葉片上形成熔融的直徑在O. 3-0. 6mm之間的氣膜孔，但是這種方法存在的問題是氣膜孔孔壁表面上的合金熔融后再經(jīng)冷卻，會形成一層不規(guī)則的渣晶粒，也就是常說的重熔層，由于重熔層的晶粒不規(guī)則，晶間間隙很大，會形成不易被肉眼所察覺的微裂紋，葉片的整體機(jī)械性能受此影響，很容易出現(xiàn)葉片疲勞斷裂，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)空中停車，帶來巨大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。針對上述問題，目前的解決方法有兩種，一是通過電化學(xué)或電解方法將重熔層去除，，二是直接向氣膜孔中加入特別配制的腐蝕液，腐蝕掉重熔層，但是由于氣膜孔的直徑只有O. 3-0. 6mm，重熔層也非常薄，對孔壁質(zhì)量的檢查也需要破壞性試驗，致使葉片氣膜孔重熔層的去除質(zhì)量不可控，采用上述方法無法很好地控制重熔層去除量，反而會給晶界帶來腐蝕隱患，過腐蝕會傷害到葉片本體，反而起到反作用?，F(xiàn)有技術(shù)中還可以采用磨粒流加工去除葉片氣膜孔重熔層，其中去除量與加工時磨料磨損程度、磨料容量、工作壓力、磨料型號、磨削次數(shù)、設(shè)備自然升溫和環(huán)境溫度有關(guān)，磨料的損耗程度影響磨削質(zhì)量，因設(shè)備自然升溫引起的磨料黏度下降，降低磨削力，影響磨削質(zhì)量，葉片不同氣膜孔承受的內(nèi)壓不同，同等條件下的磨削量也不同，現(xiàn)有的磨粒流加工方法通常會通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)，不斷平衡這些因素，以達(dá)到最佳的磨削量，但是這些因素通常是不可控的，對于不同的氣膜孔，每次都要調(diào)節(jié)試驗參數(shù)，費時費力。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種磨粒流加工控制葉片氣膜孔重熔層去除量的方法，目的是首先通過確定重熔層的去除量，然后采用磨粒流加工機(jī)械方法去除氣膜孔重熔層，保證葉片使用的可靠性。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行
(O首先將至少10個經(jīng)電火花加工后直徑為D的葉片氣膜孔縱向解剖，并對解剖后的氣膜孔壁進(jìn)行金相檢測，在金相圖上得到氣膜孔重熔層厚度最大值的平均數(shù)S ;
(2)選取五組，每組至少10個直徑為D的葉片氣膜孔，采用磨粒流設(shè)備，在6. 5MPa的條件下，對每組葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，在加工過程中，實時利用光面塞規(guī)對每一次磨削后的氣膜孔孔徑進(jìn)行測量，控制第一組葉片氣膜孔孔徑為D+ δ，第二組葉片氣膜孔孔徑為D+1. 5 δ，第三組葉片氣膜孔孔徑為D+2 δ，第四組葉片氣膜孔孔徑為D+2. 5 δ，第五組葉片氣膜孔孔徑為D+3 δ ；
(3)將上述經(jīng)磨粒流加工后的每組葉片氣膜孔縱向解剖，對解剖后的經(jīng)磨粒流加工的氣膜孔壁進(jìn)行金相檢測，在金相圖上觀察每組氣膜孔重熔層的厚度，并得到每組的氣膜孔重熔層平均去除量d，將每組的d值與氣膜孔重熔層厚度最大值平均數(shù)δ相比較，其中，D+ δ和D+1. 5 δ組的重熔層平均去除量d < 2 δ，D+2. 5 δ和D+3 δ組的重熔層平均去除量d > 2 δ，而D+2 δ組的重熔層平均去除量d 2 δ，即確定當(dāng)磨粒流加工控制加工后的葉片氣膜孔為D+2 δ時，重熔層的去除量最佳、效率最好；
(4)將進(jìn)行批量加工的葉片氣膜孔置于磨粒流設(shè)備中，在6.5MPa的條件下，對葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，在加工過程中，實時利用光面塞規(guī)對每一次磨削后的氣膜孔孔徑進(jìn)行測量，向加工中直徑最先達(dá)到D+2 δ的氣膜孔中塞入彎成U型的鋼絲，直至所有待加工的氣膜孔孔徑均達(dá)到D+2 δ，停止磨粒流加工，氣膜孔內(nèi)的重熔層全部去除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是
首先，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用磨粒流機(jī)械方法去除重熔層，沒有電化或化學(xué)方法去除重熔層帶來的晶界腐蝕隱患，方法簡單，無需增加清除和檢測腐蝕的工序，保證了葉片的使用可靠性；
其次，現(xiàn)有的磨粒流加工方法是通過控制調(diào)節(jié)磨料磨損程度、磨料容量、工作壓力、磨料型號、磨削次數(shù)、設(shè)備自然升溫和環(huán)境溫度等參數(shù)，以達(dá)到最佳的磨削量，但是這些因素通常是不可控的，致使重熔層的去除效果并不好，而本發(fā)明方法中，不控制這些參數(shù)，直接通過試驗和統(tǒng)計等方式，確定磨粒流加工的最佳去除量，則無需刻意控制磨削加工的加工參數(shù)，只要達(dá)到合格的切削量，即視為達(dá)到了完全去除重熔層這一技術(shù)效果；
對采用本發(fā)明方法進(jìn)行磨粒流加工后得到的去重熔層的氣膜孔進(jìn)行解剖，進(jìn)行金相檢測，觀察到葉片氣膜孔內(nèi)壁確實達(dá)到了光整加工、孔口倒圓、去除毛刺的效果，因磨料的多次擠壓，孔壁還獲得了擠壓應(yīng)力，徹底滿足了渦輪葉片氣膜孔無重熔層和微裂紋的質(zhì)量要求。


圖1是本發(fā)明實施例步驟(1)中對氣膜孔進(jìn)行金相檢測的金相圖示例；
圖2是本發(fā)明實施例步驟(3)中第一組對氣膜孔進(jìn)行金相檢測的金相圖示例；
圖3是本發(fā)明實施例步驟(3)中第二組對氣膜孔進(jìn)行金相檢測的金相圖示例；
圖4是本發(fā)明實施例步驟(3)中第三組對氣膜孔進(jìn)行金相檢測的金相圖示例；
圖5是本發(fā)明實施例步驟(3)中第四組對氣膜孔進(jìn)行金相檢測的金相圖示例；
圖6是本發(fā)明實施例步驟(3)中第五組對氣膜孔進(jìn)行金相檢測的金相圖示例；
圖7是本發(fā)明實施例步驟(4)中采用光學(xué)顯微鏡得到的磨粒流加工后的氣膜孔壁形貌
圖8是本發(fā)明實施例步驟(4)中采用掃描電鏡得到的磨粒流加工后的氣膜孔壁形貌圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中磨粒流加工采用的磨粒流設(shè)備型號是MLL60E，磨料型號是B500，磨流容量是2200ml。光學(xué)顯微鏡型號是BX51M ；
掃描電鏡型號是SUPRA55。以DZ22合金為材料的高壓渦輪葉片氣膜孔加工為例，對本發(fā)明的實施方式做進(jìn)一步說明。實施例1·(O首先將10個經(jīng)電火花加工后直徑為Φ0. 3mm的葉片氣膜孔縱向解剖，并對解剖后的氣膜孔壁進(jìn)行金相檢測，在如圖1所示的金相圖上得到氣膜孔重熔層厚度最大值，并計算最大值的平均數(shù)為O. 03mm ；
(2)選取五組，每組10個直徑同為Φ0.3mm的葉片氣膜孔，采用磨粒流設(shè)備，在6. 5MPa的條件下，對每組葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，在加工過程中，實時利用光面塞規(guī)對每一次磨削后的氣膜孔孔徑進(jìn)行測量，控制第一組葉片氣膜孔孔徑為(O. 3+0. 03) mm，第二組葉片氣膜孔孔徑為(O. 3+0. 045) mm,第三組葉片氣膜孔孔徑為(O. 3+0. 06) mm，第四組葉片氣膜孔孔徑為(O. 3+0. 075) mm,第五組葉片氣膜孔孔徑為(O. 3+0. 09) mm ;
(3)將上述經(jīng)磨粒流加工后的每組葉片氣膜孔縱向解剖，對解剖后的經(jīng)磨粒流加工的氣膜孔壁進(jìn)行金相檢測，在金相圖上觀察每組氣膜孔重熔層的剩余量，如圖2至圖6所示，并得到每組的氣膜孔重熔層平均去除量d，其中第一組的平均去除量是O. 02mm，第二組的平均去除量是O. 04mm,第二組的平均去除量是O. 06mm,第四組的平均去除量是O. 08mm,第五組的平均去除量是O. 09mm,第一組和第二組的重熔層平均去除量明顯小于O. 06mm,第四組和第五組的重熔層平均去除量明顯大于O. 06mm，而且破壞了零件原有尺寸，而第三組(O. 3+0. 06) mm的重熔層平均去除量最為接近O. 06mm,即確定當(dāng)磨粒流加工控制加工后的葉片氣膜孔為(O. 3+0. 06) mm時，重熔層的去除量最佳；
(4)將進(jìn)行批量加工的葉片氣膜孔置于磨粒流設(shè)備中，在6.5MPa的條件下，對葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，在加工過程中，實時利用光面塞規(guī)對每一次磨削后的氣膜孔孔徑進(jìn)行測量，向加工中直徑最先達(dá)到(O. 3+0. 06) mm的氣膜孔中塞入彎成U型的鋼絲，直至所有待加工的氣膜孔孔徑均達(dá)到(O. 3+0. 06 ) _，停止磨粒流加工，氣膜孔內(nèi)的重熔層全部去除。將批量磨粒流加工后的葉片氣膜孔解剖，用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察加工解剖后的氣?？妆谛蚊玻鐖D7和圖8所示，可以看出片氣膜孔內(nèi)壁確實達(dá)到了光整加工、孔口倒圓、去除毛刺的效果。
權(quán)利要求
1.一種磨粒流加工控制葉片氣膜孔重熔層去除量的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)首先將至少10個經(jīng)電火花加工后直徑為D的葉片氣膜孔縱向解剖，并對解剖后的氣膜孔壁進(jìn)行金相檢測，在金相圖上得到每個氣膜孔重熔層厚度最大值的平均數(shù)S ; (2)選取五組，每組至少10個直徑為D的葉片氣膜孔，采用磨粒流設(shè)備，在6.5MPa的條件下，對每組葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，在加工過程中，實時利用光面塞規(guī)對每一次磨削后的氣膜孔孔徑進(jìn)行測量，控制第一組葉片氣膜孔孔徑為D+ δ，第二組葉片氣膜孔孔徑為D+1. 5 δ，第三組葉片氣膜孔孔徑為D+2 δ，第四組葉片氣膜孔孔徑為D+2. 5 δ，第五組葉片氣膜孔孔徑為D+3 δ ； (3)將上述經(jīng)磨粒流加工后的每組葉片氣膜孔縱向解剖，對解剖后的經(jīng)磨粒流加工的氣膜孔壁進(jìn)行金相檢測，在金相圖上觀察每組氣膜孔重熔層的厚度，并得到每組的氣膜孔重熔層平均去除量d，將每組的d值與氣膜孔重熔層厚度最大值平均數(shù)δ相比較，其中，D+ δ和D+1. 5 δ組的重熔層平均去除量d < 2 δ，D+2. 5 δ和D+3 δ組的重熔層平均去除量d > 2 δ，而D+2 δ組的重熔層平均去除量d 2 δ，即確定當(dāng)磨粒流加工控制加工后的葉片氣膜孔為D+2 δ時，重熔層的去除量最佳、效率最好； (4)將進(jìn)行批量加工的葉片氣膜孔置于磨粒流設(shè)備中，在6.5MPa的條件下，對葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，在加工過程中，實時利用光面塞規(guī)對每一次磨削后的氣膜孔孔徑進(jìn)行測量，向加工中直徑最先達(dá)到D+2 δ的氣膜孔中塞入彎成U型的鋼絲，直至所有待加工的氣膜孔孔徑均達(dá)到D+2 δ，停止磨粒流加工，氣膜孔內(nèi)的重熔層全部去除。
全文摘要
本發(fā)明屬于葉片加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磨粒流加工控制葉片氣膜孔重熔層去除量的方法。本發(fā)明的步驟是解剖葉片氣膜孔并進(jìn)行金相檢測，得到氣膜孔重熔層厚度最大值的平均數(shù)δ，選取五組直徑為D的葉片氣膜孔，采用磨粒流設(shè)備對每組葉片氣膜孔進(jìn)行磨削加工，控制五組葉片氣膜孔孔徑為D+δ、D+1.5δ、D+2δ、D+2.5δ和D+3δ，對加工后的葉片氣膜孔縱向解剖并進(jìn)行金相檢測，確定磨粒流加工控制加工后的葉片氣膜孔為D+2δ時，重熔層的去除量最佳、效率最好，照此原則對批量加工的葉片氣膜孔加工。本發(fā)明采用磨粒流機(jī)械方法去除重熔層，沒有電化或化學(xué)方法去除重熔層帶來的晶界腐蝕隱患，方法簡單，無需增加清除和檢測腐蝕的工序，保證了葉片的使用可靠性。
文檔編號B24C1/00GK103056782SQ201210440460
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者李鳳清, 陳靖波, 閆德海, 姜紹西, 夏爽 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司