一种涡轮导向叶片自动化喷涂工艺的制作方法
【专利摘要】一种涡轮导向叶片自动化喷涂工艺，其特征包括以下过程：基础喷涂工艺参数确定：确定最佳喷涂间距为3mm；叶片喷涂角度确定：以叶片上橼板、下橼板底面与大地水平面平行时姿态为0°，即叶片水平放于地面时所成姿态为0°；以叶片中心冷却气孔为旋转轴顺时针旋转，喷涂角度为45°、135°、225°；自动化喷涂程序编写以喷涂节点为依据，喷涂节点依叶片叶身曲面变化走向绘制，其中叶身上至少设置3个节点，分别设置在叶身与上橼板、下橼板连接处位置及叶身中部位置；上、下橼板外面各设1个节点为单道喷涂轨迹起始与终点处节点。本发明提供一种针对叶片表面热障涂层制备的全自动喷涂工艺，用于在涡轮导向叶片表面制备高性能，高可靠性热障涂层。
【专利说明】一种涡轮导向叶片自动化喷涂工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化喷涂技术，特别是涉及一种针对涡轮导向叶片表面热障涂层制备用自动化喷涂工艺。
【背景技术】
[0002]热障涂层由于能够有效降低叶片表面温度、提高叶片抗高温氧化腐蚀能力、延长叶片服役寿命、降低发动机油耗等特点，已成功应用于高性能航空发动机涡轮叶片防护中。近年来，航空发动机的研制趋向于提高涡轮前进口温度，以提高发动机推重比和效率，涡轮导向叶片的服役环境也因此越来越恶劣，对叶片表面的热障涂层性能及质量稳定性要求也越来越高。
[0003]涡轮导向叶片为多联复合异型结构，叶身较小且曲率变化较大，叶身上遍布气膜冷却孔，为保证叶片及其上的热障涂层服役寿命要求涂层厚度均匀且质量稳定，气膜孔缩孔率保持在一定范围之内。实际喷涂过程中采用手工喷涂方式由于操作工人喷涂习惯及操作熟练程度不同，很难保证涂层厚度均匀且质量稳定，气膜孔缩孔率也有大有小，不尽相同。台架试车试验及实际服役结果均显示采用手工喷涂方式制备的涡轮导向叶片表面热障涂层质量不稳定，部分叶片涂层提前失效。
[0004]就提高涂层质量稳定性而言，机械手喷涂比手工喷涂具有不可代替的优越性，因此，自动化喷涂是解决涡轮导向叶片表面热障涂层质量稳定性的发展方向。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决涡轮导向叶片表面热障涂层质量稳定性问题，提供一种针对叶片表面热障涂层制备的全自动喷涂工艺，用于在涡轮导向叶片表面制备热障涂层。
[0006]本发明所涉及的涡轮导向叶片表面热障涂层自动化喷涂系统由机械手夹持等离子喷枪，涡轮导向叶片安装在四工位转台上，通过集成后的机械手控制系统对机械手的运动姿态和转台的旋转实现联动。利用机械手示教器进行现场编程或离线编程软件进行离线编程，喷涂时机械手运行编制好的程序完成喷涂作业。
[0007]实现本发明目的的技术方案关键在于自动化喷涂程序编制，其特征包括以下过程:
[0008](I)基础喷涂工艺参数确定:确定最佳喷涂功率为40?45KW，最佳喷涂距离为85?90mm,最佳喷枪移动速度为300?350mm/s ；
[0009](2)喷涂间距确定:单道等离子喷涂射流沉积在基体上后呈沙丘状，采用GaussAmp函数进行数据拟合，确定最佳喷涂间距为3mm，如图1所示；
[0010](3)叶片喷涂角度确定:涡轮导向叶片为多联复合异型结构，从任何单一角度进行喷涂都存在遮蔽区，为保证叶身完全覆盖热障涂层，优化设置3个喷涂角度。以叶片上橼板、下橼板底面与大地水平面平行时姿态为0° (即叶片水平放于地面时所成姿态为0° )。以叶片中心冷却气孔为旋转轴顺时针旋转，起始喷涂角度为45°，第2喷涂角度为135°，第3喷涂角度为225°，叶片喷涂角度示意图如图2~图4所示；
[0011](4)喷涂轨迹节点绘制:自动化喷涂程序编写以喷涂节点为依据，喷涂节点依叶片叶身曲面变化走向绘制，喷涂轨迹从图上看是一些平行线。其中叶身上设置3个节点，分别设置在叶身与上橼板、下橼板连接处位置及叶身中部位置；上、下橼板外面各设I个节点为单道喷涂轨迹起始与终点处节点，即单道喷涂轨迹设置5个喷涂节点，5个喷涂节点连接所成的4段折线组成沿叶面曲率变化的轨迹曲线。上、下橼板外面设置的起始与终结处节点高于叶身上节点30~40mm，保证喷涂焰流不烧损叶片保护工装，喷涂轨迹节点绘制如图5所示。
[0012]具体的喷涂程序编制:喷涂程序由主程序及预热、叶盆面、叶背前橼、叶背尾橼四个例行程序构成，通过主程序调用例行程序实现自动化喷涂。主程序中定义了工件坐标、工具坐标，设置了送粉指令、涂层厚度控制指令、转台/工装旋转指令、喷涂计时指令、喷涂完成提示指令及循环喷涂指令。
[0013]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是喷涂间距拟合图
[0015]图2是叶片起始喷涂角度(45° )示位置
[0016]图3是叶片第二喷涂角度(135° )示位置
[0017]图4是叶片第三喷涂角度(225° )示位置
[0018]图5是叶片喷涂轨迹节点绘制示意图
[0019]其中，附图2标记:
[0020]1-与大地水平基准面 2-叶片上/下橼板底面所在基准面
[0021]3-上橼板4-下橼板5-第一联叶片(叶盆面)
[0022]6-第二联叶片(叶盆面)7-第三联叶片(叶盆面)8-叶片中心冷却气孔[0023]其中，附图3标记:
[0024]21-与大地水平基准面 22-叶片上/下橼板底面所在基准面
[0025]23-上橼板24-下橼板25-第一联叶片(R角)
[0026]26-第二联叶片(R角) 27-第三联叶片(R角) 28-叶片中心冷却气孔
[0027]其中，附图4标记:
[0028]31-与大地水平基准面 32-叶片上/下橼板底面所在基准面
[0029]33-上橼板34-下橼板35-第一联叶片(叶背面)
[0030]36-第二联叶片(叶背面)37-第三联叶片(叶背面)38-叶片中心冷却气孔
【具体实施方式】:
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但不作为对本发明的限定
[0032](I)使用干净的天然鬃刷蘸工业丙酮刷洗叶片表面，清除叶片表面油脂及污染物，清晰干净后将叶片待安装到叶片保护工装上后再用丙酮刷洗零件喷涂面。
[0033](2)对不需喷涂的部位用适当的保护工装、高温胶带保护，叶身和橼板内侧流道表面不使用高温胶带保护。
[0034](3)对喷涂部位进行干喷砂，砂料使用60目白刚玉，喷砂距离为50?100mm，喷砂压力为0.6MPa,喷砂嘴直径为8mm。
[0035](4)底层喷涂设备型号为T1-1I3200CY，喷涂工艺参数如下:02流量:38m3/h，煤油流量:19L/min,送粉气流量:1.0m3/h,送粉转速:470r/min,喷涂距离:330mm,预热温度:60 ?100°C，涂层厚度为 0.05-0.10mm。
[0036](5)米用润轮叶片自动化嗔涂系统制备面层，面层嗔涂设备型号为DH-80,机械手型号为IRB2400，转台型号为ZT-4，在转台上一次性安装4个叶片，叶片起始喷涂角度为45°，喷涂角度安装位置如图2所示。
[0037](6)叶片安装好后，打开机械手使能器，按照叶片类型调用“安全验证程序”，确保设备正常，喷涂参数设置正常。
[0038](7)调用“高导叶片四片生产程序”对叶片进行喷涂，喷涂过程不得中断。工艺参数如下:喷涂功率:45KW，Ar气流量:27L/min，H2流量:80L/h，送粉气流量:7L/min，送粉转速:1.8r/min，喷涂距离:80mm，预热温度:100?150°C，喷涂过程中安装有等离子喷枪的机械手会根据喷涂程序自动对涡轮叶片第一联叶片(叶盆面)5、第二联叶片(叶盆面)6及第三联叶片(叶盆面)7进行喷涂；喷涂完成后，转台根据喷涂程序设置自动旋转叶片喷涂角度至135°，如图3所示。当叶片喷涂角度处于135°后，机械手根据喷涂程序自动对涡轮叶片第一联叶片(R角)25、第二联叶片(R角)26及第三联叶片(R角)27进行喷涂；喷涂完成后，转台根据喷涂程序设置自动旋转叶片喷涂角度至225°，如图4所示。当叶片喷涂角度处于225°后，机械手根据喷涂程序自动对涡轮叶片第一联叶片(叶背面)35、第二联叶片(叶背面)36及第三联叶片(叶背面)37进行喷涂，喷涂完成后，转台根据喷涂程序设置再次旋转叶片喷涂角度至45°，至此整个喷涂程序完成，机械手喷涂程序自动计算喷涂时间，程序指针返回至起始位置。
[0039](8)喷涂完成后去除保护，使用丙酮擦洗缘板上多余残留胶，清理非喷涂面粉末及污物。
[0040]本发明的有益技术效果在于:
[0041]本发明研制的航空发动机涡轮导向叶片自动化喷涂工艺，可用于不同型号的航空发动机高压涡轮导向叶片、低压涡轮导向叶片表面热障涂层制备。
[0042]本发明不仅可用于现有在役航空发动机涡轮导向叶片表面热障涂层制备，还可用于在研及未来高性能航空发动机涡轮导向叶片表面热障涂层制备，甚至可以推广应用到地面燃机涡轮叶片表面涂层制备应用。
【权利要求】
1.一种涡轮导向叶片自动化喷涂工艺，其特征包括以下过程: (1)基础喷涂工艺参数确定:确定最佳喷涂功率为40?45KW，最佳喷涂距离为85?90mm,最佳喷枪移动速度为300?350mm/s ； (2)喷涂间距确定:单道等离子喷涂射流沉积在基体上后呈沙丘状，确定最佳喷涂间距为 3mm ； (3)叶片喷涂角度确定:以叶片上橼板、下橼板底面与大地水平面平行时姿态为0°，即叶片水平放于地面时所成姿态为0° ;以叶片中心冷却气孔为旋转轴顺时针旋转，起始喷涂角度为45°，第2喷涂角度为135°，第3喷涂角度为225° ； (4)喷涂轨迹节点绘制:自动化喷涂程序编写以喷涂节点为依据,喷涂节点依叶片叶身曲面变化走向绘制，其中叶身上至少设置3个节点，分别设置在叶身与上橼板、下橼板连接处位置及叶身中部位置；上、下橼板外面各设I个节点为单道喷涂轨迹起始与终点处节点，即单道喷涂轨迹设置至少5个喷涂节点；上、下橼板外面设置的起始与终结处节点高于叶身上节点30?40mm。
【文档编号】B05D7/24GK103831224SQ201410086558
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】汪瑞军, 傅斌友, 袁涛 申请人:北京金轮坤天科技发展有限公司