專利名稱：一種封閉內腔型面高效自動拋光加工方法及其專用設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工技術，特別提供了一種封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，主要應用于航空發動機盤環類件深腔內型面高效自動拋光加工。
背景技術：
盤環類件是航空發動機重要的熱端部件，工作條件極其惡劣，飛行時承受著復雜的熱、機械載荷，各部位所承受的應力和溫度均不相同。要求有足夠的力學性能，特別是在其使用溫度范圍內要有盡可能高的低循環疲勞、持久性能和良好的抗蠕變能力。這些性能除盤環類件所用材料本身的強度能力外，更重要的一個方面是盤環類件其表面完整性情況
對零件性能有很大影響。在機械技工技術中，特別是在航空發動機盤環類零件加工制造中，封閉內腔型面拋光加工始終是一大技術難點，多年來盤環類零件封閉內腔型面去毛刺及拋光一直沿用傳統的手工去毛刺、拋光方法，存在加工難度大，勞動強度高，難以保證零件相關精密尺寸的一致性，同時依靠傳統手工拋光方法難以控制零件表面的應力存在形式的弊端。從制造技術發展及新機批量生產需求看，實現渦輪盤輻板及復雜型腔的高效自動拋光勢在必行。新一代航空發動機盤環類件結構復雜，內外型面加工空間狹小，敞開性差，尺寸精度及技術條件要求嚴格，該類件為發動機轉子核心部件，所受應力狀態復雜，表面粗糙度對零件疲勞失效影響極大，在設計上對其表面完整性要求極其嚴格。傳統的手工拋光方法加工難度極大，依賴操作者操作水平難以保證不同零件拋光質量的一致性。傳統的手工拋光需要保證零件高速旋轉狀態下手持砂布對封閉內腔型面進行拋光加工，不僅效率低，還極易發生人員傷害事故。盤環類件材料為高溫合金，屬難加工材料。其內腔封閉狹長型面拋光加工按傳統的工藝方法容易造成死角，無法實現設計要求，使零件質量存在隱患。

發明內容
本發明的目的在于提供一種封閉內腔型面高效自動拋光加工方法及其專用設備，所述方法能夠在不改變零件原有尺寸及配合精度的前提下，徹底去除零件表面毛刺、飛邊、棱邊倒圓等，提高表面粗糙度等級1-2級,改變零件表面物理機械性能，消除表面殘余拉應力，增加表面耐磨層厚度，提高零件抗疲勞腐蝕能力。該方法主要應用于航空發動機重要的熱端部件盤環類零件深腔內型面高效自動拋光加工，解決了盤環類零件封閉腔型面拋光效率低、質量不穩定的加工難題。在發動機盤環類零件的加工中，取得了明顯的技術效果和經濟效益，可在同類零件中推廣使用，在新一代航空發動機、動力燃機系列中具有廣闊的應用前景。本發明具體提供了一種封閉內腔型面高效自動拋光加工方法及其專用設備，采用振動光飾機對零件進行加工，其工藝流程為零件裝夾——在料箱中加入磨料——振動光飾；其特征在于采用專用的振動光飾機對封閉內腔型面進行自動拋光加工，分為粗加工、精加工兩個工步進行，在粗加工時所用粗磨料需有鋒利的尖邊，在精加工時所用精磨料要有圓角，用于提高粗糙度；在裝夾時保證零件有效垂直升降高度大于零件厚度2倍，零件垂直偏擺不小于30° ;料箱振動頻率1000-1450次/分，機頭振動搖擺頻率15-30次/分，零件升降速度為I. 5_2m/min。本發明采用振動光飾機進行加工，由于發動機盤環類件材質大多數是高溫合金，屬于難加工材料，因此，采用粗、精兩種磨料，分粗加工、精加工兩個工步進行，可以有效減少薄壁盤環類件的加工變形，可靠地保證了尺寸精度和技術要求。在去余量時，采用振動光飾是基于化學-機械原理的基礎上實現的表面拋光處理。在振動式的光飾機的工作槽中，工件、磨料、水和化學助劑在振動系統驅動下產生運動。這導致磨料和工件之間的持續相對運動的加工方法，有效減少加工應力，控制零件變形。不同的磨粒種類、大小，可以產生不同的效果。常用磨料類型有碳化硅、立方氮化硼、氧化鋁和金剛砂。本發明所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于所用磨料尺寸小
于被拋光零件型腔開口尺寸的1/5。采用旋軸式振動光飾機進行航空發動機盤環類件封閉內腔型面高效自動拋光加工對于磨料的形狀尺寸有特殊要求。由于封閉內腔型面開口尺寸小，內腔空間大，因而磨料尺寸要小于型腔開口尺寸的1/5，這樣才能使磨料流動起來。本發明所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于所用磨料粒度直徑優選為l_5mm范圍內。本發明所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于所述粗磨料最好為楔形和/或三角形。本發明所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于在加入磨料時，保證磨料將零件完全覆蓋，且磨料深度大于零件厚度尺寸的2倍，同時加注磨削液。本發明還提供了所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法的專用設備，其特征在于所述專用設備是在現有振動光飾機的基礎上，加設擺動系統以及升降系統的振動光飾機。現有的振動光飾機是將工件裝夾在氣動卡盤上，通過主軸系統的升降帶動工件進入磨料，在行星輪系、振動料箱等多方面運動系統的作用下，對零件的外表面及端面進行光整加工，使磨料與工件表面產生擠壓、劃擦等，實現對工件的微切削高效加工。由于零件結構存在半封閉狀態型腔，開放性差，磨料進入型腔后容易造成磨料被擠住不動，達不到振動光飾的效果。因此，本發明對振動光飾機進行了改進，增加運動方向，即在原來的零件旋轉，磨料相對零件旋轉及上下運動的基礎上，通過加設升降系統以及擺動系統，增加了零件上下運動及零件偏擺兩個運動(見圖I，圖中箭頭所指為運動方向)。解決了由于零件結構存在半封閉狀態型腔，開放性差，磨料進入型腔后容易造成磨料被擠住不動，達不到振動光飾的效果的問題。根據零件不同的結構與形狀，采用一些萬能方法，如法蘭、螺栓壓板等工具使零件定位在專用設備的工位上(見圖2)，并引導磨料到達被加工部位。對一些精度較高的零件表面，不希望得到磨料的磨削加工，需要對這些部位進行保護，可以采用保護膠帶或特殊結構夾具堵住不需要加工的部位。
本發明解決了長期來航空發動機盤環類件內腔封閉狹長型面無法實現高效自動拋光加工的技術難題。以渦輪盤零件為例，零件安裝邊處封閉型腔內表面粗糙度要求RaO. 40，內腔深度達50mm，開口尺寸僅為15mm，是目視不可達封閉型面，加工過程中不能目視觀察，無法使封閉型面全部均勻拋光，存在死角，型面的拋光加工難度非常大。通過設計制造特殊結構的專用振動光飾機，采用全新的工藝方法，滿足了盤環類零件內腔型面加工的技術要求，實現了盤環類件狹長封閉內腔型面的高效自動拋光加工。解決多年來盤環類零件封閉內腔型面去毛刺及拋光存在加工難度大，勞動強度高，難以保證零件相關精密尺寸的一致性，同時依靠傳統手工拋光方法難以控制零件表面的應力存在形式的弊端，保證了零件內外圓表面嚴格的壁厚差要求及尺寸精度、表面粗糙度等各項設計要求，對新一代發動機制造技術水平的提升，具有深遠的意義。本發明徹底改善了航空發動機重要的熱端部件盤環類件的機械加工表面完整性，保證了加工表面不同部位應力狀態和硬化層深度的一致性，滿足了在其使用溫度范圍內要
有盡可能高的低循環疲勞、持久性能和良好的抗蠕變能力的要求。


圖I本發明專用的振動光飾機運動方向示意圖；圖2本發明專用的振動光飾機夾具系統結構示意圖；圖3零件內腔型面結構示意圖；圖4本發明專用的振動光飾機結構示意圖(I.底座2.立座3.升降軌道4.升降機構5.主軸箱6.擺動系統7.夾具系統8.托臂9.料箱10.震動裝置)。
具體實施例方式選取某發動機低壓渦輪盤作為加工對象，零件內腔型面結構見圖3。零件安裝邊處封閉型腔內表面粗糙度要求RaO. 40，內腔深度達50mm，開口尺寸僅為15mm，是目視不可達封閉型面，加工過程中不能目視觀察，無法使封閉型面全部均勻拋光，存在死角，型面的拋光加工難度非常大。比較例未采用專用振動光飾機進行高效自動拋光加工前，采用手工去毛刺、拋光方法，由于無法得到均勻一致的加工，零件需要拋光表面粗糙度局部RaO. 80，大部分在Ral. 60，不能滿足發動機設計要求。實施例采用的振動光飾機設備規格為
權利要求
1.一種封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，采用振動光飾機對零件進行加工，其工藝流程為零件裝夾一一在料箱中加入磨料一振動光飾；其特征在于采用專用的振動光飾機對封閉內腔型面進行自動拋光加工，分為粗加工、精加工兩個工步進行，在粗加工時所用粗磨料需有鋒利的尖邊，在精加工時所用精磨料要有圓角；在裝夾時保證零件有效垂直升降高度大于零件厚度2倍，零件垂直偏擺不小于30° ;料箱振動頻率1000-1450次/分，機頭振動搖擺頻率15-30次/分，零件升降速度為I. 5-2m/min。
2.按照權利要求I所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于所用磨料尺寸小于被拋光零件型腔開口尺寸的1/5。
3.按照權利要求2所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于所用磨料粒度直徑在I_5mm范圍內。
4.按照權利要求I或2所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于所述粗磨料為楔形和/或三角形。
5.按照權利要求I或2所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法，其特征在于在加入磨料時，保證磨料將零件完全覆蓋，且磨料深度大于零件厚度尺寸的2倍，同時加注磨削液。
6.一種權利要求I所述封閉內腔型面高效自動拋光加工方法的專用設備，其特征在于所述專用設備是在現有振動光飾機的基礎上，加設擺動系統以及升降系統的振動光飾機。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種封閉內腔型面高效自動拋光加工方法及其專用設備，所述方法采用振動光飾機對零件進行加工，其工藝流程為零件裝夾——在料箱中加入磨料——振動光飾；其特征在于采用專用的振動光飾機對封閉內腔型面進行自動拋光加工，分為粗加工、精加工兩個工步進行，在粗加工時所用粗磨料需有鋒利的尖邊，在精加工時所用精磨料要有圓角；在裝夾時保證零件有效垂直升降高度大于零件厚度2倍，零件垂直偏擺不小于30°；料箱振動頻率1000-1450次/分，機頭振動搖擺頻率15-30次/分，零件升降速度為1.5-2m/min。
文檔編號B24B31/06GK102873629SQ201210309079
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者李成武, 劉紅偉, 程衛祥, 郭艷華, 袁秋月 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司