藺治強+金秀杰+梁巧云

摘 要：由于先進發(fā)動機性能水平的不斷提高，壓氣機葉片的結(jié)構(gòu)形式變得越來越復雜，其幾何精度水平、綜合質(zhì)量水平要求越來越高，成型、加工和表面完整性的保證變得越來越困難，為提高壓氣機葉片疲勞壽命，在保證幾何尺寸精度的條件下，開展提高壓氣機靜子葉片疲勞性能工藝方法研究。

關鍵詞：抗疲勞；機械光整；表面粗糙度；硬度

引言

抗疲勞制造技術是指在不改變零件材料和截面尺寸的前提下，通過在制造工藝過程中改變材料的組織及應力分布狀態(tài)來提高零部件疲勞壽命的制造技術。壓氣機葉片尺寸精度和表面粗糙度直接影響發(fā)動機性能和可靠性。經(jīng)計算和試驗表明，因壓氣機葉片尺寸精度和表面粗糙度，特別是進排氣邊形狀、尺寸精度的影響，壓氣機效率可降低約2%，排氣溫度升高約30度，為了保證發(fā)動機可靠性，提高葉片疲勞壽命，改善葉片敏感部位的加工工藝方法勢在必行。

1 試驗

1.1 工藝方案的確定

航空發(fā)動機壓氣機葉片型面經(jīng)數(shù)控銑削后留有銑加工痕跡，表面粗糙度及表面紋理無法滿足設計要求。采用傳統(tǒng)的手工拋光方法由于受人為因素的影響，造成葉片型面幾何精度下降，不能滿足設計要求，也影響了發(fā)動機的整機性能。由于壓氣機葉片型面薄，進、排氣邊緣相當于“尖邊”，采用普通滾磨光整加工工藝易造成葉片型面形狀破壞，尤其是葉片進排氣邊緣出現(xiàn)“方頭”的現(xiàn)象，也不能滿足設計要求。為了解決上述問題，提出一種特定的主軸固定式滾磨光整加工工藝，通過光整去除復雜結(jié)構(gòu)薄型葉片葉身型面的銑削刀紋，提高表面粗糙度等級，同時保持葉片的幾何精度不變，尤其是要保持葉片進排邊緣的形狀不被破壞。

1.2 試驗及分析

根據(jù)對葉片光整質(zhì)量及疲勞性能影響因素的分析，通過磨料、磨液優(yōu)選試驗，證明選用RS系列磨料、HYF型鋼磨液去除銑削刀紋的效果較好；通過對葉片擺放角度、磨料切削速度、磨料深度、保護銷距離等工藝參數(shù)的對比試驗，證明選取表1所列的工藝參數(shù)去除刀紋效果最佳；通過綜合試驗及改進，解決了光整加工效率低、光整加工中零件變形量大、葉片進、排氣邊緣粗整后留有輕微銑加工痕跡等關鍵技術。最終通過綜合穩(wěn)定性試驗及測試，證明主軸固定式滾磨光整工藝穩(wěn)定，且表面完整性優(yōu)于原工藝方法，提高葉片的疲勞性能。

（1）表面形貌及表面缺陷測試。光整后表面狀態(tài)用表面紋理儀檢測（放大60倍），見圖1所示。葉片光整前表面有明顯的縱向刀紋，光整后消除了銑削刀紋，并形成了均勻的P型紋理（微觀魚鱗坑），對提高零件的耐磨性是非常有益的，同時提高了葉片的使用壽命。（2）表面應力狀態(tài)測試對比。用LXRD-X射線應力分析儀，對滾磨光整后、原工藝手工拋光及振動光飾后三種狀態(tài)進行檢測對比，檢測數(shù)據(jù)見表2及圖2所示。（3）表面粗糙度值測試對比。用觸針式粗糙度儀，對滾磨光整前后的粗糙度值進行了檢測及對比，檢測數(shù)據(jù)見表3及圖3。（4）表面硬度測試對比。由于試驗條件所限，本試驗僅對葉片型面的表面硬度進行了檢測，表4光整前后硬度對比。光整后葉片表面硬度值比光整前提高4.5%左右。（5）葉片進排氣邊緣圓滑轉(zhuǎn)接即棱邊質(zhì)量測試。如圖5所示，葉片經(jīng)機械光整后完整地保留了數(shù)控銑后邊緣的形狀，葉片進排氣邊緣圓滑轉(zhuǎn)接良好，保證葉片幾何尺寸精度和形狀滿足設計要求。圓滑的棱邊質(zhì)量可以降低氣流產(chǎn)生的噪音和振動，增加了葉片的抗疲勞性能。

2 試驗分析與結(jié)果

上述試驗分別針對表面完整性評價指標中的表面粗糙度、表面殘余應力、表面形貌、表面缺陷、棱邊質(zhì)量、加工硬化（本零件檢測了表面硬度）等六項指標進行了測試。通過表面粗糙度檢測對比可知，葉片經(jīng)滾磨光整后表面粗糙度提高1～2個等級；通過表面殘余應力測試對比可知，葉片經(jīng)滾磨光整后形成均勻的壓應力；通過表面形貌及表面缺陷測試可知，光整后消除了銑削刀紋，并形成了均勻的P型紋理（微觀魚鱗坑），這種表面紋理對提高零件的耐磨性是非常有益的。通過對零件表面硬度檢測可知，葉片光整后表面硬度略有提高；通過對葉片進排氣邊緣即棱邊質(zhì)量進行檢測可知，滾磨光整完整地保留了數(shù)控銑后邊緣的形狀，葉片進排氣邊緣圓滑轉(zhuǎn)接良好。

參考文獻：

[1]金秀杰，梁巧云，藺治強.整流葉片軸頸加工變形控制[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（34）：113.endprint