一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法技术

本发明专利技术提供了一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，首选需要控制放电制孔缺陷残留，即重熔层厚度；采用基于

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，特别涉及一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法
。

技术介绍

[0002]涡轮叶片气膜孔加工一直是航空发动机零部件生产中的重要坏节，其中涡轮工作叶片更加关键，一般涡轮工作叶片气膜孔在整个叶身分布
100
～
300
个，孔径
Ф0.3mm
～
Ф0.5mm
，角度为
25
°
，深径比5～
10。
[0003]随着新一代发动机性能需求提升，对涡轮叶片气膜孔加工质量和要求不断提高，同时新型单晶材料
、
新结构的应用，对气膜孔加工提出更严苛的挑战
。
目前涡轮叶片气膜孔的主流加工方式是放电加工，但是放电加工会产生重熔层缺陷，导致放电制孔方式在单晶材料新型涡轮叶片气膜孔加工中属于慎用技术
。
目前涡轮叶片气膜孔采用了电液束和超短脉冲激光形式实现了无变质层加工，但电液束和超短脉冲激光加工效率较低
、
人工依赖大不利于量产加工
。
放电制孔可实现对壁无损伤，并且成本低
、
成熟度高，主要是加工效率高，所以需要研制放电加工后变质层去除技术
。
机械扩
、
修孔方式是去除重熔层的一种方法，但是机械加工方式会残留毛刺和毛边孔口问题，特别在涡轮叶片角度斜孔加工中入口的放电加工中存在入口异型问题，影响机械去除效果，同时出口斜孔位置受到机械刀具挤压会出现毛边毛刺以及重熔层残留问题
。
[0004]基于以上问题需要以放电制孔为基础，提出一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，在保障重熔层有效去除后能够不引入其他缺陷问题，提升材料疲劳性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，采用该方法进行涡轮叶片气膜孔加工，达到无重熔层缺陷的目的，发挥技术优势实现高效率
、
成本低
、
高疲劳的工程化应用，满足型号单晶材料结构研制需求
。
[0006]本专利技术提供了一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，首选需要控制放电制孔缺陷残留，即重熔层厚度
。
本专利技术采用基于
DOE
试验优化气膜孔重熔层厚度加工参数的方法，实现放电加工
Ф0.3mm
‑
Ф0.5mm
的气膜孔的重熔层厚度稳定控制在
≯0.015mm
，步骤如下：（1）确定重熔层厚度为响应变量，电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度为影响因子；（2）在电火花加工试验过程中，实时记录电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度的数据；（3）利用
Mintab
软件进行分析
。
结合因子效应中的临界值，确定电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度的影响显著性；（4）将电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度的实验数据分别
进行方差分析，得到回归方程；
[0007]（5）将重熔层厚度约束
≯0.015mm
时，根据回归方程的最佳拟合度确定电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度的最佳参数组合
。
[0008]（6）将优化后的电火花加工的电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度数据再次进行试验，证明优化后的电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度数据的可靠性
。
[0009]其次，采用了机械扩修孔方式于放电制孔在孔径和深度上进行衔接，将孔壁大部分重熔层有效去除
。
步骤如下：
[0010]（1）根据已加工孔测量出加工孔径，在多组钻头
/
铣刀中选择大于收口直径
0.04mm
的刀具（单边大于
0.015mm
），保证修孔去除余量大于重熔层厚度约
0.05mm。
[0011]（2）通过坐标转换保证机械修孔刀具与已经加工底孔位置偏差不大于
Ф0.05mm
，该要求保证重熔层有效去除（修孔过程受到低孔引导作用，在刀具韧性的条件下，
0.05
偏差不会影响重熔层去除效果），同时减少刀具由于偏心问题折损
。
[0012]（3）机械扩孔后需要保证刀具探出长度超过低孔深度，由于涡轮叶片存在不确定性厚度偏差，实际刀具孔底深度不确定，需要通过放电制孔的信号反馈技术识别孔底深度，该方法用到电极在入口端面记录碰到零件的初始
H1
，电极穿透后信号反馈点
H2
，以及电极在加工后孔边缘触碰点
H3
， ∣H1
‑
H3∣
为电极损耗长度，所以实际加工深度
H=
电极穿透点高度
‑
电极初始点高度
‑
电极损耗长度，即
H=H2
‑
H1
‑
∣H1
‑
H3∣。
将深度
H
赋值到刀具深度中，实际需要进行再优化调整
H。
[0013]再则，采用磨料流方式对孔壁和孔口进行光整加工，去除孔口重熔层和毛刺
。
步骤如下：
[0014]（1）采用仿真软件对气膜孔进行流场仿真，根据仿真结果调整磨料颗粒与磨液的比例以及颗粒大小
、
压力
、
流速分布，确定加工参数
。
[0015]（2）采用磨料流加工参数对已加工叶片进行光整加工，已去除毛刺和孔口漏出金属光泽为限
。
[0016]（3）采用高压水和超声的方式将残余磨料去除
。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其优点在于：
[0018]本专利技术所述的涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，解决了放电制孔重熔层残留的问题，以及机械修孔毛刺和孔口异性的问题
。
提出了一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，保证单晶材料结构涡轮叶片气膜孔无重熔层加工需求
。
附图说明
[0019]下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1为气膜加工演示图，包括放电制孔和机械扩孔示意图；图中，
H...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种涡轮工作叶片气膜孔无重熔层制孔控制方法，其特征在于：控制放电制孔缺陷残留，即重熔层厚度
,
采用基于
DOE
试验优化气膜孔重熔层厚度加工参数的方法，实现放电加工
Ф0.3mm
‑
Ф0.5mm
的气膜孔的重熔层厚度稳定控制在
≯0.015mm
，步骤如下：（1）确定重熔层厚度为响应变量，电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度为影响因子；（2）在电火花加工试验过程中，实时记录电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度的数据；（3）利用
Mintab
软件进行分析；结合因子效应中的临界值，确定电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速度的影响显著性；（4）将电极间加工电流
、
脉冲宽度
、
脉冲间隔时间
、
伺服进给速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文明，于爽，翟璐璐，张恭轩，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：