航空鈦合金葉片工藝特點的分析

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

對于航空發(fā)動機來說，核心機一旦定型，后續(xù)發(fā)展主要通過采用新技術、新設計，加大風扇直徑，增加增壓壓氣機級數(shù)，改進高壓壓氣機、高壓渦輪葉型設計，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)動機的推力。航空發(fā)動機葉片和汽輪機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，加工肩臺或榫槽與頂尖孔作為軸向基準，然后采用多軸聯(lián)動機床加工葉身型線，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葉片，采用擴散連接/ 超塑性成型（DB/SPF）法制造鈦合金寬弦風扇葉片，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用來加工葉根榫槽和進排氣邊。因此，航空鈦合金葉片的加工主要是進排氣邊的加工，對于數(shù)控砂帶磨削加工，其加工難點有以下幾個主要方面。
（1）航空葉片進排氣邊非常薄，大型的風扇葉片也僅有R0.3mm 左右，小的壓氣機葉片有些甚至會達到R0.1mm 級別。這就使得在進行砂帶磨削時，必須采用很小的接觸力進行磨削，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葉片和超塑成型風扇葉片一般采用銑削或線切割進排氣邊鍛造飛邊（保證弦寬），然后進行進排氣邊磨削拋光加工，這一加工特點使得進排氣邊圓角（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，受殘余應力影響都存在變形，尤其是壓氣機葉片，變形的數(shù)量級與葉片進排氣邊厚度在同一量級，達到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，這和汽輪機葉片銑削基準相比還是比較粗。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，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系來解決。此外，進排氣邊磨削時，冷卻條件不好，很薄的邊緣散熱條件不好，葉片進排氣邊容易產(chǎn)生燒蝕，這也給葉片進排氣邊磨削帶來一定困難；對于超塑成型風扇葉片，除了進排氣邊，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。