整體葉盤型面開式砂帶精密磨削方法及其實驗研究.pdf

1、整體葉盤是新一代先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與技術(shù)跨越的核心關(guān)鍵零部件，其表面質(zhì)量和型面精度對航空發(fā)動機(jī)的氣流動力性和使用性能影響巨大。目前整體葉盤的主流加工工藝包括線性摩擦焊-半精密銑-精銑-預(yù)處理-精密磨削-噴丸，其中磨削加工是影響整體葉盤表面質(zhì)量和型面精度的最終加工工藝。雖然針對整體葉盤的磨削技術(shù)國內(nèi)做了很多的研究工作，但是大部分研究工作仍然處于實驗階段，因此目前整體葉盤的磨削加工仍處于手工打磨，不僅勞動強(qiáng)度大、效率低，而且表面易燒

2、傷、型面精度和表面質(zhì)量及其一致性難以保證。由此可見，現(xiàn)有的整體葉盤磨削方法已不適應(yīng)先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)批量化生產(chǎn)需求，在某種程度上制約了我國航空發(fā)動機(jī)整體水平的提升。因此，本文針對整體葉盤型面磨削的工藝特性，提出并研究了新型的開式砂帶精密磨削方法，分析了整體葉盤開式砂帶磨削工藝及無干涉磨具運動，最后完成了整體葉盤開式砂帶磨削實驗研究。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）基于切削優(yōu)化的開式砂帶高效磨削新方法研究。首先，通過運用砂帶磨

3、削單顆粒模型結(jié)合能量方程從理論上建立了砂帶磨削磨損方程，同時采用單因素實驗研究方法分析了鈦合金、高溫鎳基合金、鎳銅合金和不銹鋼材料的砂帶磨削過程中砂帶磨損對材料去除和表面質(zhì)量的影響規(guī)律，進(jìn)而提出了基于切削優(yōu)化的新型開式砂帶高效磨削的運動原理。然后，介紹了阿基米德螺旋線原理，并基于該原理對開式砂帶更新磨削運動進(jìn)行了分析，進(jìn)而提出了面向張力精確控制策略的開式砂帶更新運動雙電機(jī)同步控制方程，同時根據(jù)新方法運動特性詳細(xì)闡述了曲率往復(fù)更新并行復(fù)合

4、磨削和曲率往復(fù)更新串行復(fù)合磨削兩種方式。最后，通過采用二次靜壓氣浮的原理設(shè)計了耐磨損自冷卻開式砂帶磨削磨具系統(tǒng)，同時對輪系的布局設(shè)計進(jìn)行了分析，并通過現(xiàn)場調(diào)試完成了基于新型磨削運動方法的開式砂帶磨頭的研制。
　　（2）鈦合金材料開式砂帶高效去除機(jī)理及參數(shù)化模型。首先，通過傳統(tǒng)砂帶磨削材料去除規(guī)律的分析，將砂帶磨削全生命周期分為最大影響區(qū)、穩(wěn)定期、急劇磨損期三個階段，進(jìn)而建立了面向砂帶磨削全生命周期的材料去除理論模型。然后，采用9因

5、素4水平的正交實驗方法分別對鈦合金平面和圓柱兩種形狀的工件進(jìn)行了磨削加工，采用藍(lán)光和三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行微量磨削測試而獲得砂帶磨削去除量，并通過基于最小二乘法的多元線性回歸方法獲得了面向砂帶磨削全生命周期的材料去除參數(shù)化數(shù)學(xué)模型，同時對該模型進(jìn)行了顯著水平檢驗。最后，采用單因素實驗方法，分別分析了磨削工藝參數(shù)、磨削條件和新型運動方式對鈦合金材料去除的影響規(guī)律，并驗證了預(yù)測模型的精度。
　?。?）整體葉盤開式砂帶磨削工藝及無干涉磨具運動

6、規(guī)劃方法。首先從整體葉盤全型面砂帶磨削的角度，分別從整體葉盤葉尖、型面、邊緣、流道面分析了其砂帶磨削工藝方案，結(jié)合整體葉盤結(jié)構(gòu)特性提出了采用側(cè)面接觸壓力自適應(yīng)的控制方法來實現(xiàn)整體葉盤砂帶精密磨削，并分析了整體葉盤六軸聯(lián)動砂帶磨削原理和砂帶磨削最優(yōu)接觸方法；其次，介紹了常規(guī)加工刀具干涉類型，在此基礎(chǔ)上分別從整體葉盤結(jié)構(gòu)、整體葉盤曲面和砂帶磨削進(jìn)給運動等方面分析了整體葉盤砂帶磨削的干涉特性；最后，分別從自由曲面砂帶磨削、型面砂帶磨削、邊緣砂

7、帶磨削、葉根砂帶磨削和流道面砂帶磨削等方面分析了面向干涉避免的砂帶磨削磨具軸矢量控制方法。
　　（4）航空整體葉盤開式砂帶磨削實驗研究。首先，介紹了整體葉盤數(shù)控砂帶磨削實驗裝置、實驗方法以及實驗方案。其次，分別從表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面型貌對整體葉盤砂帶磨削表面完整性進(jìn)行了分析；同時分別從葉身型面精度進(jìn)排氣邊緣精度和根部精度方面分析了整體葉盤砂帶磨削型面輪廓精度。最后，介紹了整體葉盤砂帶磨削精度一致性評價方法，并且從砂帶磨削