一种高精度薄壁轮盘表面精细加工和光整加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空发动机技术领域，涉及零件表面精细加工和光整加工技术，提供 了一种有效降低零件表面粗糙度值、并改变表面应力状态的加工方法，主要应用于航空发 动机各种盘环、鼓筒等回转类零件的表面精细加工和光整加工。
【背景技术】
[0002] 发动机中盘环、鼓筒、轴颈等零件均是发动机的核心转动部件和关键件，是在高 温、高压、高转速的恶劣环境下工作。这类零件材料大多采用高温合金、钛合金等难加工材 料制造，尺寸精度要求高，技术条件严格，对零件表面质量、表面完整性要求高，其加工质量 的高低直接影响到发动机的使用寿命和安全可靠性。
[0003] 传统的光整加工如：轮盘表面的抛光，是在普通车床上使用砂布条、采用手工抛光 方式加工，由于涡轮盘型腔敞开性差，手工抛光几乎不可达，粗糙度不易保证，质量不稳定。 对孔边、花边、槽边等各类边缘的加工，普遍采用锉刀、油石及纱布条手工去除毛刺并抛光 的工艺方法完成各类边缘加工，加工后边缘尺寸一致性较差。传统的加工模式过多地依赖 操作者的经验和技能水平完成加工，人为影响因素大，质量不稳定。随着航空发动机性能的 不断提高，急需对这些关键转动件表面精细加工和光整加工工艺进行优化改进，实现自动 化、精准化加工。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能有效降低零件表面粗糙度值，获得高的边缘尺寸一 致性，并改变零件表面应力状态的加工方法，满足新一代航空发动机对盘轴、鼓筒、轴颈等 关键转动零件严格的表面质量和表面完整性的要求。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 1、零件表面及边缘光整加工工艺方案的确定
[0007] 由于航空发动机对盘、鼓筒等关键转动零部件的表面质量和表面完整性要求高， 传统的手工操作对零件表面和各类边缘进行抛光的加工方式已不能满足零件使用性能要 求，因此新工艺方案采用了一种旋轴式振动光饰加工工艺，振动光饰后，零件表面粗糙度值 降低1~2个等级，各类边缘的尺寸一致性提高了 40%以上，满足零件使用寿命和安全可靠 性。
[0008] 2、振动光饰加工设备及原理
[0009] 根据零件的规格形状选择了旋轴式振动光饰机。振动光饰加工通过磨料和零件的 相对运动，产生微量的磨削加工作用，去除零件表面的尖边和微小凸起，促使零件表面粗糙 度值降低，同时零件表面产生残余压应力，从而提高零件的表面完整性。旋轴式振动光饰 机可以正反双向转动，即可绕自身自转，同时围绕主轴中心公转，磨料箱周期性上下往复运 动，从而使零件与磨料接触和磨削加快，大面积多方向摩擦，实现高效光整加工。
[0010] 振动光饰加工时，首先将轮盘一侧表面朝下通过专用夹具，将盘件安装在机床气 动夹盘上，通过主轴系统的升降带动零件进入磨料中，在行星轮系、运动料箱等多方面运动 系统的作用下，对轮盘零件的外表面、型腔及端面进行光整加工，使磨料与零件表面产生挤 压、划擦等运动，实现对零件的微切削高效加工。
[0011] 3、磨料选择
[0012] 磨料成分选择：可选择陶瓷或白刚玉，保证了零件严格的表面质量要求。
[0013] 磨料规格、形状选择：根据零件各表面形状及边缘光整加工要求，选用规格为 3X3X4mm多边菱形（斜三角形）磨料。
[0014] 4、专用夹具设计
[0015] 振动光饰时通过专用夹具实现零件与设备的连接，专用夹具包括下定位环1、上定 位环2、转接筒组件3、压紧螺栓4、连接螺栓5 ;转接筒组件3由底盘6、圆筒7、连接环8组 成，底盘6套装于圆筒7底部并与圆筒7焊接为一体，转接环8套装于圆筒7顶部并与圆筒 7焊接为一体；上定位环2设于圆筒7上面并与转接环8通过连接螺栓5连接，下定位环1 与上定位环2通过压紧螺栓4连接。压紧螺栓4数量为8个，连接螺栓5数量为6个。
[0016] 5、振动光饰加工步骤
[0017] (1)加工前用专用黑胶布对轮盘篦齿部位进行保护，黑胶布缠绕篦齿不少于5层， 将旋轴式振动机内装填磨料，磨料需高出轮盘与夹具的总高度100mm以上；
[0018] (2)将轮盘装夹在夹具上并将夹具安装在机床气动夹盘上，开动机床，进行试振， 确认无异常状况后，正式加工轮盘；
[0019] (3)对轮盘?侧表面进行振动光饰加工，正转振动30分钟，反转振动30分钟；
[0020] (4)停机，重新装夹轮盘，对轮盘?侧表面进行振动光饰加工，正转振动30分钟， 反转振动30分钟；
[0021] (5)停机，卸下夹具和轮盘，清理轮盘表面多余物，用脱脂棉蘸丙酮擦拭轮盘表面 水渍和灰尘，擦拭后静置5-10分钟，使轮盘表面的丙酮挥发完全。
[0022] 6、振动光饰加工的加工参数
[0023] 振动频率：60 ± 5HZ ;
[0024] 磨液：机床专用磨液；
[0025] 磨液喷洒时间：3min ;
[0026] 磨液间隔时间：3min ;
[0027] 振动光饰时间：60分钟（正转振动30分钟，反转振动30分钟）。
[0028] 本发明具有以下有益的效果：
[0029] 本发明在发动机关键转动零部件表面光整加工技术上有重大突破和创新，有效地 解决了涡轮盘、鼓筒等零件手工抛光受人为影响因素大、质量差、零件半封闭型腔手工抛光 不可达，粗糙度不易保证，抛光后边缘尺寸一致性差、质量不稳定的技术难题。
[0030] 通过设计一种旋轴式振动光饰加工工艺方案，使加工后零件表面粗糙度值降低 1-2个等级，振动光饰后的表面形貌有很大地改观，表面纹理均匀规整，表面应力状态均由 振动光饰前的拉应力改变为压应力，压应力值在_200MPa~-500MPa之间。各类边缘采用振 动光饰加工后表面质量好，表面粗糙度值低，边缘尺寸均匀，尺寸一致性可达90 % -100 %， 为航空发动机关键零部件的表面光整加工提供了切实可行的工艺方法和加工参数。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明轮盘在夹具上进行安装示意图；
[0032] 图2为本发明轮盘加工过程中装夹示意图；
[0033] 图3为本发明夹具结构示意图；
[0034] 图4为本发明夹具中转接筒组件结构示意图；
[0035] 图中：1、下定位环；2、上定位环；3、转接筒组件；4、压紧螺栓；5、连接螺栓；6、底 盘；7、圆筒；8、连接环；9、振动光饰区域（篦齿除外）。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
[0037] 1、零件结构
[0038] 如图1所示，涡轮盘零件属大直径复杂结构薄壁盘类件，带有安装边结构，安装边 与轮盘辐板形成半封闭深型腔，敞开性极差。其中轮缘、辐板、安装边处外圆、端