一种利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法与流程

本发明涉及一种抑制叶盘精加工中颤振的方法，属于机械加工技术领域。

背景技术：

涡轮发动机包含很多叶盘类零件，如发动机压气机部件中的风扇叶盘、增压级转子、涡轮转子等，均为关键零件，其产品质量对发动机整体性能有着至关重要的影响。由于叶盘类零件通常采用难加工材料，叶片为薄壁自由曲面，具有较高的尺寸精度和表面质量要求，因此叶盘类零件的加工是涡轮发动机制造领域的难题。叶盘类零件依据结构形式可分为整体式和分体式，整体式叶盘通常由一整块锻件毛坯整体加工而成，但是由于叶片为自由曲面薄壁结构，精加工过程中易出现颤振，导致叶片表面质量严重降低，严重时可导致产品报废；而对于分体式叶盘，叶尖直径一般需要通过外圆磨削来保证，传统的添加橡胶块或橡胶绳捆绑的方式容易使叶片变形，最终导致叶尖尺寸超差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，能够有效抑制叶盘精加工时的颤振，且避免叶片产生较大变形。

一种利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，该方法实现的步骤如下：

步骤一：依据叶盘零件三维数字模型设计填充物外形；

步骤二：采用立体光固化成型技术制作填充物；

步骤三：装配填充物；

步骤四：对叶盘的叶片进行精加工成型。

进一步地，所述步骤一中设计填充物外形的过程如下：

抽取叶盘模型中相邻两个叶片的叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面、尾缘曲面和轮毂曲面，模型中曲面为三次nurbs曲面，定义构成前缘和尾缘的nurbs曲面在叶盘径向为v参数，垂直于径向为u参数，前缘曲面u参数方向为从叶盆到叶背，尾缘曲面u参数方向为叶背到叶盆，所有曲面v参数方向均为叶根到叶尖；

将叶片所有曲面向外偏置距离d

d＝c+0.1

注：c为叶片表面余量，对于整体式叶盘的叶片精加工，c＝精加工余量值；对于分体式叶盘的叶尖磨削加工，c＝0；

前缘曲面和尾缘曲面分别在u参数0.2-0.8范围内进行分割，分割后的a、b、c、d曲面和叶盆曲面、叶背曲面组成填充物的外轮廓，该轮廓在v参数为0-0.9范围内再次分割，形成最终填充物模型。

进一步地，所述步骤二中，所述填充物模型通过cad软件生成stl格式文件，导入切片软件生成3d打印程序，并通过立体光固化成型设备加工填充物，最后打磨和二次固化；所述填充物材料采用光敏树脂，成型精度≤0.1mm。

进一步地，所述步骤三的装配过程如下：待加工叶盘表面均匀涂抹丙酮溶液，将填充物依次装入相邻叶片之间，使用双组份酚醛树脂滴入填充物与叶片之间的缝隙粘接填充物，其中双组份酚醛树脂收缩率小于5％；经过24小时固化后，完成填充物装配。

进一步地，所述步骤四的后处理分两种情况，对于整体式叶盘的叶片精加工，填充物随切削过程一同去除；对于分体式叶盘的叶尖磨削加工，磨削完成后手工去除填充物，填充物可重复使用。

有益效果：

1、本发明立体光固化成型的填充物可有效抑制叶盘类零件叶片精加工或叶尖磨削加工中的颤振，提升加工质量。

2、本发明可针对每种叶盘产品订制较高精度的填充物，有效避免传统填充物方式挤压叶片造成叶片变形，进而影响加工精度的问题。

3、本发明采用立体光固化成型的方式制作填充物，具有快速高效、成型过程自动化程度高、表面质量好、能够实现比较精细自由曲面成型；

4、本发明采用的填充物方法现场操作方便，且使用酚醛树脂粘接，加工过程中可靠性高。

附图说明

图1为利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法步骤流程图；

图2为本发明叶片曲面的参数定义示意图；

图3为本发明的填充物模型示意图；

图4为本发明进行填充物装配的过程示意图。

其中，1-填充物；2-双组份酚醛树脂；3-叶片。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，该方法实现的步骤如附图1所示：

步骤一：依据叶盘零件三维数字模型设计填充物外形

抽取叶盘模型中相邻两个叶片的叶盆曲面(suctionsurface)、叶背曲面(pressuresurface)、前缘曲面(leadingedge)、尾缘曲面(trailingedge)和轮毂曲面(hub)，模型中曲面通常为三次nurbs曲面，为了便于描述，不妨定义构成前缘和尾缘的nurbs曲面在叶盘径向为v参数，垂直于径向为u参数，前缘曲面u参数方向为从叶盆到叶背，尾缘曲面u参数方向为叶背到叶盆，所有曲面v参数方向均为叶根到叶尖，如附图2所示。

构建填充物模型，需先将叶片所有曲面向外偏置距离d

d＝c+0.1

注：c为叶片表面余量，对于整体式叶盘的叶片精加工，c＝精加工余量值；对于分体式叶盘的叶尖磨削加工，c＝0

前缘曲面和尾缘曲面分别在u参数0.2-0.8范围内进行分割，分割后的a、b、c、d曲面和叶盆曲面、叶背曲面就组成了填充物的外轮廓。该轮廓在v参数为0-0.9范围内再次分割，形成最终填充物模型。

步骤二：使用立体光固化成型(3d打印)制作填充物

将步骤一所形成的填充物模型通过cad软件生成stl格式文件，导入切片软件生成3d打印程序，并通过立体光固化成型设备加工填充物，最后打磨和二次固化。填充物模型使用的材料为光敏树脂，成型精度应≤0.1mm。

步骤三：装配填充物

待加工叶盘表面均匀涂抹丙酮溶液，将立体光固化成型的填充物依次装入相邻叶片之间，使用双组份酚醛树脂2滴入填充物1与叶片3之间的缝隙，以粘接填充物1，其中双组份酚醛树脂2收缩率应小于5％，经过24小时固化后，完成填充物装配，如附图3和4所示。

步骤四：后处理

对于整体式叶盘的叶片精加工，填充物随切削过程一同去除；对于分体式叶盘的叶尖磨削加工，磨削完成后手工去除填充物1，填充物1可重复使用。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，其特征在于，该方法实现的步骤如下：

步骤一：依据叶盘零件三维数字模型设计填充物外形；

步骤二：采用立体光固化成型技术制作填充物；

步骤三：装配填充物；

步骤四：对叶盘的叶片进行精加工成型。

2.如权利要求1所述的利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，其特征在于，所述步骤一中设计填充物外形的过程如下：

抽取叶盘模型中相邻两个叶片的叶盆曲面、叶背曲面、前缘曲面、尾缘曲面和轮毂曲面，模型中曲面为三次nurbs曲面，定义构成前缘和尾缘的nurbs曲面在叶盘径向为v参数，垂直于径向为u参数，前缘曲面u参数方向为从叶盆到叶背，尾缘曲面u参数方向为叶背到叶盆，所有曲面v参数方向均为叶根到叶尖；

将叶片所有曲面向外偏置距离d

d＝c+0.1

注：c为叶片表面余量，对于整体式叶盘的叶片精加工，c＝精加工余量值；对于分体式叶盘的叶尖磨削加工，c＝0；

前缘曲面和尾缘曲面分别在u参数0.2-0.8范围内进行分割，分割后的a、b、c、d曲面和叶盆曲面、叶背曲面组成填充物的外轮廓，该轮廓在v参数为0-0.9范围内再次分割，形成最终填充物模型。

3.如权利要求1或2所述的利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述填充物模型通过cad软件生成stl格式文件，导入切片软件生成3d打印程序，并通过立体光固化成型设备加工填充物，最后打磨和二次固化；所述填充物材料采用光敏树脂，成型精度≤0.1mm。

4.如权利要求3所述的利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，其特征在于，所述步骤三的装配过程如下：待加工叶盘表面均匀涂抹丙酮溶液，将填充物依次装入相邻叶片之间，使用双组份酚醛树脂滴入填充物与叶片之间的缝隙粘接填充物，其中双组份酚醛树脂收缩率小于5％；经过24小时固化后，完成填充物装配。

5.如权利要求4所述的利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，其特征在于，所述步骤四的后处理分两种情况，对于整体式叶盘的叶片精加工，填充物随切削过程一同去除；对于分体式叶盘的叶尖磨削加工，磨削完成后手工去除填充物。

技术总结
本发明公开了一种利用填充物抑制叶盘加工颤振的方法，属于机械加工技术领域。该方法实现的步骤如下：首先依据叶盘零件三维数字模型设计填充物外形，其次采用立体光固化成型技术制作填充物，然后在待加工叶盘表面均匀涂抹丙酮溶液，将填充物依次装入相邻叶片之间，使用双组份酚醛树脂滴入填充物与叶片之间的缝隙粘接填充物，最后对叶盘的叶片进行精加工成型。本发明的方法能够有效抑制叶盘精加工时的颤振，且避免叶片产生较大变形。

技术研发人员：孙晶;罗远锋;王永飞;谷万龙;邱文旺;雷鸣;潘思远
受保护的技术使用者：北京动力机械研究所
技术研发日：2019.12.04
技术公布日：2020.05.01