一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法技术

本发明专利技术提供了一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法，其基于具有复杂气冷设计的空心涡轮叶片结构特征及气膜孔分布情况，配置适合于特征结构尺寸及研磨需求的磨料，再通过对试片试加工获取磨粒流加工工艺参数并完成金相确认，然后采用正、逆向循环的交替加工工艺方法对叶片双侧气膜孔孔口倒角处理，每完成一个腔道路径加工，对叶片进行清洗后再优化叶片气膜孔加工程序，最后检测以判断气膜孔是否合格，不合格则调整参数重新进行上述操作。本发明专利技术简单易行，可有效改善气膜孔孔口应力集中状态，提高孔壁粗糙度、减薄孔壁重熔层，进而提高叶片的振动疲劳性能。提高叶片的振动疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机涡轮叶片精密加工
，尤其涉及一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法。

技术介绍

[0002]航空发动机作为工业皇冠上的明珠，一直是国家综合国力、军事实力以及国防科技水平的重要标志，而衡量发动机性能最重要的一个指标是推重比，为了提高发动机推重比，提高涡轮前温度是最直接的手段。航空发动机涡轮叶片是直接利用高温、高速燃气做功的关键部件，但是涡轮叶片要在高温、高压、高转速以及高负荷环境下有数千小时的工作寿命，如此苛刻的要求对航空发动机的制造提出了更高的要求。为了保证涡轮叶片能够在高于其熔点温度的燃气中可靠运转，必须采用气膜冷却技术，即通过在空心涡轮叶片叶身开设若干排微小气膜孔，将冷却介质以横向射流的形式注入到主气流中并覆盖于叶身表面，形成温度较低的一层薄冷气膜来达到隔离高温燃气流保护叶片的目的。
[0003]为使叶片表面形成完整的气膜，达到良好的冷却效果，气膜孔孔径小而且形状复杂、精度要求高，无法铸造成型。现阶段，由于叶片材料及加工难度的限制，气膜孔加工主要采用激光、电火花和电液束等方式实现。
[0004]气膜冷却叶片上分布着许多直径微小的气膜孔，气膜孔的制造过程中会在高温合金上产生再铸层及一系列铸造缺陷，同时在这些气膜孔处必然会引起应力集中和应力重分布，降低叶片的抗疲劳性能，使得气膜孔成为叶片失效断裂的多发部位，叶片常用的斜孔气膜孔会在孔边的一侧形成尖角，这些尖角的存在，会严重影响涡轮叶片的使用寿命。
[0005]国内外研制的多种气膜冷却叶片均有过从气膜孔处开裂的先例。这些结构上的薄弱部位无疑会对叶片的强度和寿命产生深刻的影响。因此，亟需一种对叶片气膜孔尖角倒角的方法，用于消除气膜孔孔边尖角，降低或消除叶片气膜孔局部的应力集中，提升叶片的抗疲劳性能。
[0006]目前，涡轮叶片气膜孔孔边倒角主要通过磨粒流法来实现，但磨粒流加工技术尚未得到很好的应用；磨粒流加工技术存在加工效率低，易发生内腔冷却通道或气膜孔堵塞、倒角差异大等问题，无法满足复杂气冷结构空心叶片的研制需求。因此，磨粒流加工技术如何提高倒角均匀性及加工效率是需要解决的难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题在于提供一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法，其可提高涡轮叶片气膜孔的加工质量。
[0008]有鉴于此，本申请提供了一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法，包括以下步骤：
[0009]A)将与待加工叶片相同的试片进行磨粒流处理工艺试验；所述待加工叶片上分布有气膜孔；
[0010]B)采用标准金相制样流程对步骤A)得到的试片制样，再进行金相观察，判断是否满足技术指标要求，确定磨粒流处理工艺的参数；
[0011]C)将待加工叶片固定在工装上，根据所述磨粒流处理工艺的参数对所述待加工叶片腔道的气膜孔同时进行正向处理和逆向处理；再清洗磨粒流处理后的叶片；
[0012]D)将步骤C)得到的叶片进行气膜孔孔径尺寸检测和水气流量检测，根据磨粒流处理前后叶片气膜孔孔径尺寸、流量对比分析，通过流量对比补偿方法优化叶片气膜孔加工程序；
[0013]E)将步骤D)得到的叶片剖切后金相分析，若不符合要求，则重新设定磨粒流加工参数，重复步骤C)和步骤D)。
[0014]优选的，步骤A)中，所述磨粒流处理工艺试验之前还包括磨料配制；所述磨料配制具体为：
[0015]所述待加工叶片为直通腔涡轮叶片，所述磨粒流的磨料包括：硅溶胶：30～40wt％，磨料：35～45wt％，丙三醇：5～8wt％，二甲基硅油：2～5wt％，低密度聚乙烯：1～2wt％，余量为水；
[0016]所述待加工叶片为S型腔涡轮叶片，所述磨粒流的磨料包括：硅溶胶：35～45wt％，磨料：30～40wt％，丙三醇：5～8wt％，二甲基硅油：2～5wt％，低密度聚乙烯：1～2wt％，余量为水；
[0017]所述待加工叶片为半通腔涡轮叶片，所述磨粒流的磨料包括：硅溶胶：40～45wt％，磨料：25～35wt％，丙三醇：5～8wt％，二甲基硅油：5～8wt％，低密度聚乙烯：2～4wt％，余量为水；
[0018]所述磨粒选自碳化硅颗粒、氧化铝颗粒、氧化硅颗粒的一种或多种磨粒的混合物，粒径为气膜孔孔径的0.05～0.4倍。
[0019]优选的，所述待加工叶片的气膜孔的孔径为0.3mm～0.5mm时，直通腔涡轮叶片的磨料浓度为35～40wt％、S型腔涡轮叶片的磨料浓度为30～35wt％、半通腔涡轮叶片的磨料浓度为25～30wt％；当气膜孔的孔径范围为0.5mm～0.7mm时，直通腔涡轮叶片的磨料浓度为40～45wt％、S型腔涡轮叶片的磨料浓度为35～40wt％、半通腔涡轮叶片的磨料浓度为30～35wt％。
[0020]优选的，步骤B)中，所述金相观察具体为观察气膜孔的孔口倒角和孔壁重熔层厚度。
[0021]优选的，所述磨粒流处理工艺试验的磨粒流加工参数范围为：当气膜孔轴线矢量方向为20
°
～50
°
时，加工压力8Mpa～12Mpa，循环次数10次～15次；当气膜孔轴线矢量方向为50
°
～70
°
时，加工压力5Mpa～10Mpa，循环次数8次～12次；当气膜孔轴线矢量方向为70
°
～90
°
时，加工压力3Mpa～5Mpa，循环次数5次～8次。
[0022]优选的，步骤C)中，所述工装包括注料口、套筒、支撑板、榫齿压块、支撑柱、压块、底座、缘板随型橡胶块和旋钮；所述套筒套设于所述注料口外部，与待加工叶片的叶身部分形成封闭空间。
[0023]优选的，步骤C)中，所述正向处理为磨料由叶片内腔至叶身气膜孔的处理，所述逆向处理为磨料由叶片气膜孔至叶片内腔方向的处理。
[0024]优选的，步骤C)中，所述清洗的压力为3MPa～5MPa，循环次数为5～10次，所述清洗
的清洗液选自去离子水、乙醇、乳化液或丙酮。
[0025]优选的，步骤D)中，所述流量对比补偿方法具体为：
[0026]选取10件叶片对比磨粒流处理前、后的叶片水流量及气流量变化的平均值，并与气膜孔孔径处理前后变化值进行对比，换算为流量与孔径变化率的关系，并反馈至制孔过程对没排空的截面积加和进行调整。
[0027]本申请提供了一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法，其基于具有复杂气冷设计的空心涡轮叶片结构特征及气膜孔分布情况，配置适合于特征结构尺寸及研磨需求的专用磨料，通过对试片试加工获取磨粒流加工工艺参数并完成金相确认，其后根据待加工零件形状设计控制磨粒流正、逆双向流动的专用工装，然后采用正、逆向循环的交替加工工艺方法对叶片双侧气膜孔孔口倒角处理，优化后最后判断气膜孔的性能是否符合要求，不符合要求则再进行上述步骤，符合要求则得到成品叶片。本专利技术通过先采用叶片试片筛选出适当的磨粒流参数，然后将其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机涡轮叶片气膜孔倒角的加工方法，包括以下步骤：A)将与待加工叶片相同的试片进行磨粒流处理工艺试验；所述待加工叶片上分布有气膜孔；B)采用标准金相制样流程对步骤A)得到的试片制样，再进行金相观察，判断是否满足技术指标要求，确定磨粒流处理工艺的参数；C)将待加工叶片固定在工装上，根据所述磨粒流处理工艺的参数对所述待加工叶片腔道的气膜孔同时进行正向处理和逆向处理；再清洗磨粒流处理后的叶片；D)将步骤C)得到的叶片进行气膜孔孔径尺寸检测和水气流量检测，根据磨粒流处理前后叶片气膜孔孔径尺寸、流量对比分析，通过流量对比补偿方法优化叶片气膜孔加工程序；E)将步骤D)得到的叶片剖切后金相分析，若不符合要求，则重新设定磨粒流加工参数，重复步骤C)和步骤D)。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤A)中，所述磨粒流处理工艺试验之前还包括磨料配制；所述磨料配制具体为：所述待加工叶片为直通腔涡轮叶片，所述磨粒流的磨料包括：硅溶胶：30～40wt％，磨料：35～45wt％，丙三醇：5～8wt％，二甲基硅油：2～5wt％，低密度聚乙烯：1～2wt％，余量为水；所述待加工叶片为S型腔涡轮叶片，所述磨粒流的磨料包括：硅溶胶：35～45wt％，磨料：30～40wt％，丙三醇：5～8wt％，二甲基硅油：2～5wt％，低密度聚乙烯：1～2wt％，余量为水；所述待加工叶片为半通腔涡轮叶片，所述磨粒流的磨料包括：硅溶胶：40～45wt％，磨料：25～35wt％，丙三醇：5～8wt％，二甲基硅油：5～8wt％，低密度聚乙烯：2～4wt％，余量为水；所述磨粒选自碳化硅颗粒、氧化铝颗粒、氧化硅颗粒的一种或多种磨粒的混合物，粒径为气膜孔孔径的0.05～0.4倍。3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述待加工叶片的气膜孔的孔径为0.3mm～0.5mm时，直通腔涡轮叶片的磨料浓度为35～40wt％、S型腔涡轮叶片的磨料浓度为30～35wt％、半通腔涡轮叶片的磨料浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立斐，许骏杰，杨泽南，王祯，张强，胡春燕，陈星，李振，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：