摘 要：本文介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金葉片型面拋光加工工藝，燒蝕（傷）工程化檢測(cè)方法，以及燒蝕（傷）后葉片表面狀態(tài)，分析了產(chǎn)生燒蝕（傷）的原因，介紹了避免產(chǎn)生燒蝕（傷）問(wèn)題所進(jìn)行的一系列加工試驗(yàn)工作，通過(guò)對(duì)各種加工方法及參數(shù)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)提出了避免鈦合金葉片型面拋光燒蝕（傷）問(wèn)題的合理加工方法及參數(shù)，為鈦合金葉片高質(zhì)量高效率的加工總結(jié)了一定的經(jīng)驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞：鈦合金；葉片；燒蝕；燒傷；砂輪；拋光；砂帶拋光

　　1 概述

　　鈦合金是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，因其具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而在航空設(shè)備制造中得以廣泛應(yīng)用，主要用于生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)。但是鈦合金有其獨(dú)特的物理性質(zhì)以及化學(xué)性質(zhì)，因此加工后的材料質(zhì)量性能很難發(fā)生較好的改變，因此在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的損失，同時(shí)也會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性造成影響。

　　2 拋光工藝

　　需要進(jìn)行加工的葉片采用了拍好標(biāo)注為TC4的加工材料，葉片的型面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬分別為110mm和35mm，在加工過(guò)程中需要對(duì)葉盆、葉背、進(jìn)、排氣邊緣及型面與安裝板轉(zhuǎn)接處進(jìn)行打磨拋光，使用的設(shè)備是砂輪拋光機(jī)，為了達(dá)到設(shè)計(jì)圖中對(duì)型面和邊緣要求的粗糙度和形狀技術(shù)要求，拋光工序應(yīng)有：粗拋光工序、半精拋光工序和精拋光工序。

　　2.1 葉片型面粗拋光

　　粗拋光（俗稱修型、打殘余）是葉片精拋光前的準(zhǔn)備工作，使用46#粒度碳化硅砂輪，去除機(jī)加工給葉片型面留下的較多的余量和修整葉片型面的形狀。粗拋光葉身表面粗糙在Ra3.2μm以下，一般情況下粗拋光留余量為0.08mm。

　　2.2 型面半精拋光

　　半精拋光是精拋光的準(zhǔn)備工作。半精拋光是用羊毛氈輪粘附100#～120#粒度碳化硅砂粒拋修型面。半精拋光目的是為了進(jìn)一步拋修型面、排除波紋、降低粗糙度Ra值。半精拋葉型留余量0.02mm。半精拋光葉身表面粗糙度在Ra0.8μm。

　　2.3 型面精拋光

　　精拋光是在半精拋光的基礎(chǔ)上對(duì)型面光飾，使其達(dá)到規(guī)定的粗糙度和圖紙技術(shù)要求和尺寸精度要求的工序。葉片型面的打磨拋光為無(wú)冷卻液的干磨削形式。

　　3.1 鈦合金葉片型面拋光燒蝕檢測(cè)方法

　　鈦合金葉片材質(zhì)較軟，工程化檢測(cè)該材料葉片型面打磨拋光燒蝕現(xiàn)象的方法是利用表面弱腐蝕檢驗(yàn)方法進(jìn)行，其所反映的現(xiàn)象是葉片型面表面出現(xiàn)微小的腐蝕麻坑。

　　3.2 鈦合金葉片型面拋光燒蝕產(chǎn)生的原因

　　根據(jù)對(duì)葉片型面拋光過(guò)程的實(shí)際了解，依照實(shí)際發(fā)生的狀況，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，所脫落的砂粒大多產(chǎn)生于砂輪的上部，會(huì)在磨削的過(guò)程中受到磨削壓力，因而鈦合金材料會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的軟化傾向，因而在這種情況下便會(huì)瞬間發(fā)生焊附現(xiàn)象。

　　4 避免燒蝕現(xiàn)象的拋光方法選擇及加工試驗(yàn)

　　4.1 拋光方法的選擇

　　機(jī)械拋光方法多種多樣，通過(guò)使用不同的磨料以及拋掉余量的改變，對(duì)燒蝕影響予以確定，最終確定一個(gè)合理的拋光加工方式。

　　4.2 砂輪機(jī)磨削拋光實(shí)驗(yàn)

　　砂輪機(jī)磨削拋光是通過(guò)安裝于機(jī)床或工具轉(zhuǎn)動(dòng)軸上高速旋轉(zhuǎn)的砂輪或粘附磨料的彈性材料磨輪進(jìn)行磨削加工的工藝方法。砂輪機(jī)磨削實(shí)驗(yàn)的葉片型面尺寸規(guī)格、使用的設(shè)備轉(zhuǎn)速、砂輪規(guī)格尺寸按照文章前述的工藝文件規(guī)定不變，葉片盆、背單面余量0.2。

　　4.2.1 白剛玉和碳化硅磨料實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　分別使用白剛玉和碳化硅材質(zhì)的磨料各對(duì)15片葉片按照工藝文件規(guī)定的三個(gè)步驟加工余量要求進(jìn)行拋光，每個(gè)葉片最終形成的加工表面經(jīng)腐蝕檢查均有比較嚴(yán)重的燒蝕現(xiàn)象，同時(shí)每個(gè)葉片有較嚴(yán)重?zé)齻F(xiàn)象。

　　4.2.2 碳化硅和氮化硼磨料實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　通過(guò)羊毛氈輪對(duì)剩余的0.1余量進(jìn)行拋光，需要注意的是羊毛氈輪上粘附有粒度為100#的碳化硅砂粒，拋光后再對(duì)表面進(jìn)行最終的拋光，可以分別采用樹(shù)脂結(jié)合劑以及陶瓷結(jié)合劑，拋光完成后需要對(duì)最終的產(chǎn)品表面進(jìn)行燒蝕檢查，通過(guò)對(duì)所加工7片葉片型面進(jìn)行腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)存在個(gè)別輕微燒蝕坑，同時(shí)每個(gè)葉片有小面積輕微燒傷現(xiàn)象。

　　4.2.3 專用拋光輪實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　使用專用拋光輪進(jìn)行試驗(yàn)，將磨余量降至0.1后，再對(duì)葉片表面采用砂輪進(jìn)行最后的拋光，通過(guò)檢查8片葉片型面沒(méi)有出現(xiàn)燒蝕，但是7片的型面則粗線了小面積的燒蝕。

　　4.3 砂帶機(jī)磨削拋光實(shí)驗(yàn)

　　砂帶機(jī)磨削拋光是通過(guò)安裝于機(jī)床或工具主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間連接的高速運(yùn)動(dòng)砂帶進(jìn)行磨削加工的工藝方法。砂帶由基體、結(jié)合劑、磨料三部分組成。砂帶機(jī)磨削較砂輪磨削有磨削效率高、磨削溫度低、磨削穩(wěn)定性較好、磨削經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)選擇的砂帶拋光機(jī)線速度調(diào)整范圍10～50m/s，使用砂帶長(zhǎng)度2640mm。

　　4.4 拋光質(zhì)量效果分析

　　4.4.1 在砂輪拋光機(jī)設(shè)備上，使用白剛玉、碳化硅砂輪和磨料進(jìn)行鈦合金葉片型面的連續(xù)打磨拋光時(shí)，會(huì)出現(xiàn)表面燒蝕現(xiàn)象，同時(shí)伴隨燒傷現(xiàn)象產(chǎn)生；

　　4.4.2 在砂輪拋光機(jī)設(shè)備上，使用100%的立方氮化硼砂輪進(jìn)行鈦合金葉片型面的連續(xù)打磨拋光，存在個(gè)別輕微燒蝕坑，同時(shí)每個(gè)葉片有小面積輕微燒傷現(xiàn)象；

　　4.4.3 在砂輪拋光機(jī)設(shè)備上，使用不脫粒專用砂輪進(jìn)行鈦合金葉片型面的連續(xù)打磨拋光不會(huì)在表面發(fā)生較為明顯的燒蝕現(xiàn)象，但是燒傷現(xiàn)象的出現(xiàn)是不可避免的。

　　通過(guò)加工實(shí)驗(yàn)研究的開(kāi)展，對(duì)該葉片打磨拋光所獲得的經(jīng)濟(jì)、高效與合理的加工工藝方法是，使用砂帶拋光機(jī)方法進(jìn)行加工，每個(gè)步驟的加工過(guò)程是，使用80#粒度40mm寬碳化硅布基砂帶以約20m/s線速度打磨余量0.12，使用240#粒度33mm寬碳化硅布基砂帶以約24m/s線速度打磨余量0.06mm，使用320#粒度16mm寬碳化硅尼龍纖維砂帶以26m/s線速度打磨0.02mm余量。該方法可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行拋光加工，且不產(chǎn)生任何燒蝕和燒傷現(xiàn)象。

　　[1]喬麗靜.航空鈦合金技術(shù)發(fā)展論壇在北京成功召開(kāi)[J].中國(guó)材料進(jìn)展，2010（05）.

　　[2]干為民，劉延祿，徐家文.整體葉輪葉片型面數(shù)控展成電解磨削機(jī)床及運(yùn)動(dòng)分析[A].特種加工技術(shù)-2001年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第九屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2001.

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