航空鈦合金葉片工藝特點(diǎn)的分析

目前，國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)幾乎均采用人工修磨進(jìn)排氣邊的方式制造鈦合金壓氣機(jī)葉片、風(fēng)扇葉片和導(dǎo)向葉片，葉片進(jìn)排氣邊厚度散差較大、一致性差，型線不準(zhǔn)確，葉片質(zhì)量不高。隨著汽輪機(jī)行業(yè)逐步采用數(shù)控砂帶磨床加工葉片型面和進(jìn)排氣邊，航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)也相繼提出了采用數(shù)控砂帶磨削加工進(jìn)排氣邊的要求，迫切希望能夠通過數(shù)控砂帶磨解決進(jìn)排氣邊磨削加工這一航空發(fā)動機(jī)葉片制造的難題。本文通過對航空鈦合金葉片工藝特點(diǎn)的分析和對不同葉片數(shù)控砂帶磨削的生產(chǎn)實(shí)踐、工藝試驗(yàn)、驗(yàn)證分析，總結(jié)提出航空鈦合金葉片實(shí)現(xiàn)數(shù)控砂帶磨　削的幾個必要條件和相應(yīng)對策。

對于航空發(fā)動機(jī)來說，核心機(jī)一旦定型，后續(xù)發(fā)展主要通過采用新技術(shù)、新設(shè)計(jì)，加大風(fēng)扇直徑，增加增壓壓氣機(jī)級數(shù)，改進(jìn)高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪葉型設(shè)計(jì)，提高高壓渦輪葉片材料與涂層的耐高溫性能等來提高部件效率和發(fā)動機(jī)的推力。航空發(fā)動機(jī)葉片和汽輪機(jī)葉片的制造工藝差別很大，前者主要采用成型法，而后者主要采用去除材料法。汽輪機(jī)葉片的材料多為不銹鋼，一般先是銑削出葉片徑向面作為徑向基準(zhǔn)，加工肩臺或榫槽與頂尖孔作為軸向基準(zhǔn)，然后采用多軸聯(lián)動機(jī)床加工葉身型線，最后經(jīng)數(shù)控砂帶磨拋光完成；航空葉片一般采用鈦合金精密鍛造、鑄造方法制造壓氣機(jī)葉片，采用擴(kuò)散連接/ 超塑性成型（DB/SPF）法制造鈦合金寬弦風(fēng)扇葉片，葉片型面是靠模具成型保證的，型面精度空間誤差不超過0.15mm，成型后不再加工，直接用作型面定位夾具的基準(zhǔn)用來加工葉根榫槽和進(jìn)排氣邊。因此，航空鈦合金葉片的加工主要是進(jìn)排氣邊的加工，對于數(shù)控砂帶磨削加工，其加工難點(diǎn)有以下幾個主要方面。
（1）航空葉片進(jìn)排氣邊非常薄，大型的風(fēng)扇葉片也僅有R0.3mm 左右，小的壓氣機(jī)葉片有些甚至?xí)_(dá)到R0.1mm 級別。這就使得在進(jìn)行砂帶磨削時，必須采用很小的接觸力進(jìn)行磨削，否則難以保證型面精度，這對于砂帶磨削裝置的接觸力控制提出了很高的要求。
（2）磨削余量不均勻。鍛造的鈦合金壓氣機(jī)葉片和超塑成型風(fēng)扇葉片一般采用銑削或線切割進(jìn)排氣邊鍛造飛邊（保證弦寬），然后進(jìn)行進(jìn)排氣邊磨削拋光加工，這一加工特點(diǎn)使得進(jìn)排氣邊圓角（或局部橢圓截面）部分加工余量很不均勻，如下圖所示：紅色部分為毛坯外輪廓，圓弧部分為進(jìn)排氣邊的理論曲線。

（3）葉片變形問題。這個問題和磨削余量不均勻是同類問題，鍛造鈦合金葉片和超塑成型葉片均在一定溫度下完成形變，受殘余應(yīng)力影響都存在變形，尤其是壓氣機(jī)葉片，變形的數(shù)量級與葉片進(jìn)排氣邊厚度在同一量級，達(dá)到0.1mm 以上，這和航空葉片一般型面空間誤差0.05mm 左右相比就太大了，必須予以修正。

（4）基準(zhǔn)問題，型面定位、葉片裝夾后的一致性問題。精鍛葉片和超塑成型葉片型面精度很好，但仍然是粗基準(zhǔn)，這和汽輪機(jī)葉片銑削基準(zhǔn)相比還是比較粗。如上所述，這個裝夾定位誤差在數(shù)量級上和葉片變形誤差相當(dāng)，這也是不能不考慮到的一個重要影響因素，也必須通過修正坐標(biāo)系來解決。此外，進(jìn)排氣邊磨削時，冷卻條件不好，很薄的邊緣散熱條件不好，葉片進(jìn)排氣邊容易產(chǎn)生燒蝕，這也給葉片進(jìn)排氣邊磨削帶來一定困難；對于超塑成型風(fēng)扇葉片，除了進(jìn)排氣邊，型面也需要磨削拋光，還存在型面余量不均勻、變形誤差等問題。