专利名称：一种封闭内腔型面高效自动抛光加工方法及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工技术，特别提供了一种封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，主要应用于航空发动机盘环类件深腔内型面高效自动抛光加工。
背景技术：
盘环类件是航空发动机重要的热端部件，工作条件极其恶劣，飞行时承受着复杂的热、机械载荷，各部位所承受的应力和温度均不相同。要求有足够的力学性能，特别是在其使用温度范围内要有尽可能高的低循环疲劳、持久性能和良好的抗蠕变能力。这些性能除盘环类件所用材料本身的强度能力外，更重要的一个方面是盘环类件其表面完整性情况
对零件性能有很大影响。在机械技工技术中，特别是在航空发动机盘环类零件加工制造中，封闭内腔型面抛光加工始终是一大技术难点，多年来盘环类零件封闭内腔型面去毛刺及抛光一直沿用传统的手工去毛刺、抛光方法，存在加工难度大，劳动强度高，难以保证零件相关精密尺寸的一致性，同时依靠传统手工抛光方法难以控制零件表面的应力存在形式的弊端。从制造技术发展及新机批量生产需求看，实现涡轮盘辐板及复杂型腔的高效自动抛光势在必行。新一代航空发动机盘环类件结构复杂，内外型面加工空间狭小，敞开性差，尺寸精度及技术条件要求严格，该类件为发动机转子核心部件，所受应力状态复杂，表面粗糙度对零件疲劳失效影响极大，在设计上对其表面完整性要求极其严格。传统的手工抛光方法加工难度极大，依赖操作者操作水平难以保证不同零件抛光质量的一致性。传统的手工抛光需要保证零件高速旋转状态下手持砂布对封闭内腔型面进行抛光加工，不仅效率低，还极易发生人员伤害事故。盘环类件材料为高温合金，属难加工材料。其内腔封闭狭长型面抛光加工按传统的工艺方法容易造成死角，无法实现设计要求，使零件质量存在隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封闭内腔型面高效自动抛光加工方法及其专用设备，所述方法能够在不改变零件原有尺寸及配合精度的前提下，彻底去除零件表面毛刺、飞边、棱边倒圆等，提高表面粗糙度等级1-2级,改变零件表面物理机械性能，消除表面残余拉应力，增加表面耐磨层厚度，提高零件抗疲劳腐蚀能力。该方法主要应用于航空发动机重要的热端部件盘环类零件深腔内型面高效自动抛光加工，解决了盘环类零件封闭腔型面抛光效率低、质量不稳定的加工难题。在发动机盘环类零件的加工中，取得了明显的技术效果和经济效益，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。本发明具体提供了一种封闭内腔型面高效自动抛光加工方法及其专用设备，采用振动光饰机对零件进行加工，其工艺流程为零件装夹——在料箱中加入磨料——振动光饰；其特征在于采用专用的振动光饰机对封闭内腔型面进行自动抛光加工，分为粗加工、精加工两个工步进行，在粗加工时所用粗磨料需有锋利的尖边，在精加工时所用精磨料要有圆角，用于提高粗糙度；在装夹时保证零件有效垂直升降高度大于零件厚度2倍，零件垂直偏摆不小于30° ;料箱振动频率1000-1450次/分，机头振动摇摆频率15-30次/分，零件升降速度为I. 5_2m/min。本发明采用振动光饰机进行加工，由于发动机盘环类件材质大多数是高温合金，属于难加工材料，因此，采用粗、精两种磨料，分粗加工、精加工两个工步进行，可以有效减少薄壁盘环类件的加工变形，可靠地保证了尺寸精度和技术要求。在去余量时，采用振动光饰是基于化学-机械原理的基础上实现的表面抛光处理。在振动式的光饰机的工作槽中，工件、磨料、水和化学助剂在振动系统驱动下产生运动。这导致磨料和工件之间的持续相对运动的加工方法，有效减少加工应力，控制零件变形。不同的磨粒种类、大小，可以产生不同的效果。常用磨料类型有碳化硅、立方氮化硼、氧化铝和金刚砂。本发明所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于所用磨料尺寸小
于被抛光零件型腔开口尺寸的1/5。采用旋轴式振动光饰机进行航空发动机盘环类件封闭内腔型面高效自动抛光加工对于磨料的形状尺寸有特殊要求。由于封闭内腔型面开口尺寸小，内腔空间大，因而磨料尺寸要小于型腔开口尺寸的1/5，这样才能使磨料流动起来。本发明所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于所用磨料粒度直径优选为l_5mm范围内。本发明所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于所述粗磨料最好为楔形和/或三角形。本发明所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于在加入磨料时，保证磨料将零件完全覆盖，且磨料深度大于零件厚度尺寸的2倍，同时加注磨削液。本发明还提供了所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法的专用设备，其特征在于所述专用设备是在现有振动光饰机的基础上，加设摆动系统以及升降系统的振动光饰机。现有的振动光饰机是将工件装夹在气动卡盘上，通过主轴系统的升降带动工件进入磨料，在行星轮系、振动料箱等多方面运动系统的作用下，对零件的外表面及端面进行光整加工，使磨料与工件表面产生挤压、划擦等，实现对工件的微切削高效加工。由于零件结构存在半封闭状态型腔，开放性差，磨料进入型腔后容易造成磨料被挤住不动，达不到振动光饰的效果。因此，本发明对振动光饰机进行了改进，增加运动方向，即在原来的零件旋转，磨料相对零件旋转及上下运动的基础上，通过加设升降系统以及摆动系统，增加了零件上下运动及零件偏摆两个运动(见图I，图中箭头所指为运动方向)。解决了由于零件结构存在半封闭状态型腔，开放性差，磨料进入型腔后容易造成磨料被挤住不动，达不到振动光饰的效果的问题。根据零件不同的结构与形状，采用一些万能方法，如法兰、螺栓压板等工具使零件定位在专用设备的工位上(见图2)，并引导磨料到达被加工部位。对一些精度较高的零件表面，不希望得到磨料的磨削加工，需要对这些部位进行保护，可以采用保护胶带或特殊结构夹具堵住不需要加工的部位。
本发明解决了长期来航空发动机盘环类件内腔封闭狭长型面无法实现高效自动抛光加工的技术难题。以涡轮盘零件为例，零件安装边处封闭型腔内表面粗糙度要求RaO. 40，内腔深度达50mm，开口尺寸仅为15mm，是目视不可达封闭型面，加工过程中不能目视观察，无法使封闭型面全部均匀抛光，存在死角，型面的抛光加工难度非常大。通过设计制造特殊结构的专用振动光饰机，采用全新的工艺方法，满足了盘环类零件内腔型面加工的技术要求，实现了盘环类件狭长封闭内腔型面的高效自动抛光加工。解决多年来盘环类零件封闭内腔型面去毛刺及抛光存在加工难度大，劳动强度高，难以保证零件相关精密尺寸的一致性，同时依靠传统手工抛光方法难以控制零件表面的应力存在形式的弊端，保证了零件内外圆表面严格的壁厚差要求及尺寸精度、表面粗糙度等各项设计要求，对新一代发动机制造技术水平的提升，具有深远的意义。本发明彻底改善了航空发动机重要的热端部件盘环类件的机械加工表面完整性，保证了加工表面不同部位应力状态和硬化层深度的一致性，满足了在其使用温度范围内要
有尽可能高的低循环疲劳、持久性能和良好的抗蠕变能力的要求。
图I本发明专用的振动光饰机运动方向示意图；图2本发明专用的振动光饰机夹具系统结构示意图；图3零件内腔型面结构示意图；图4本发明专用的振动光饰机结构示意图(I.底座2.立座3.升降轨道4.升降机构5.主轴箱6.摆动系统7.夹具系统8.托臂9.料箱10.震动装置)。
具体实施例方式选取某发动机低压涡轮盘作为加工对象，零件内腔型面结构见图3。零件安装边处封闭型腔内表面粗糙度要求RaO. 40，内腔深度达50mm，开口尺寸仅为15mm，是目视不可达封闭型面，加工过程中不能目视观察，无法使封闭型面全部均匀抛光，存在死角，型面的抛光加工难度非常大。比较例未采用专用振动光饰机进行高效自动抛光加工前，采用手工去毛刺、抛光方法，由于无法得到均匀一致的加工，零件需要抛光表面粗糙度局部RaO. 80，大部分在Ral. 60，不能满足发动机设计要求。实施例采用的振动光饰机设备规格为
权利要求
1.一种封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，采用振动光饰机对零件进行加工，其工艺流程为零件装夹一一在料箱中加入磨料一振动光饰；其特征在于采用专用的振动光饰机对封闭内腔型面进行自动抛光加工，分为粗加工、精加工两个工步进行，在粗加工时所用粗磨料需有锋利的尖边，在精加工时所用精磨料要有圆角；在装夹时保证零件有效垂直升降高度大于零件厚度2倍，零件垂直偏摆不小于30° ;料箱振动频率1000-1450次/分，机头振动摇摆频率15-30次/分，零件升降速度为I. 5-2m/min。
2.按照权利要求I所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于所用磨料尺寸小于被抛光零件型腔开口尺寸的1/5。
3.按照权利要求2所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于所用磨料粒度直径在I_5mm范围内。
4.按照权利要求I或2所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于所述粗磨料为楔形和/或三角形。
5.按照权利要求I或2所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法，其特征在于在加入磨料时，保证磨料将零件完全覆盖，且磨料深度大于零件厚度尺寸的2倍，同时加注磨削液。
6.一种权利要求I所述封闭内腔型面高效自动抛光加工方法的专用设备，其特征在于所述专用设备是在现有振动光饰机的基础上，加设摆动系统以及升降系统的振动光饰机。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种封闭内腔型面高效自动抛光加工方法及其专用设备，所述方法采用振动光饰机对零件进行加工，其工艺流程为零件装夹——在料箱中加入磨料——振动光饰；其特征在于采用专用的振动光饰机对封闭内腔型面进行自动抛光加工，分为粗加工、精加工两个工步进行，在粗加工时所用粗磨料需有锋利的尖边，在精加工时所用精磨料要有圆角；在装夹时保证零件有效垂直升降高度大于零件厚度2倍，零件垂直偏摆不小于30°；料箱振动频率1000-1450次/分，机头振动摇摆频率15-30次/分，零件升降速度为1.5-2m/min。
文档编号B24B31/06GK102873629SQ201210309079
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者李成武, 刘红伟, 程卫祥, 郭艳华, 袁秋月 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司