CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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固结树脂金刚石工具抛光钛合金叶片叶缘工艺

张万一 徐成宇 季冬锋 张天鸿 朱永伟 秦凤鸣

张万一, 徐成宇, 季冬锋, 张天鸿, 朱永伟, 秦凤鸣. 固结树脂金刚石工具抛光钛合金叶片叶缘工艺[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(6): 807-815. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0272
引用本文: 张万一, 徐成宇, 季冬锋, 张天鸿, 朱永伟, 秦凤鸣. 固结树脂金刚石工具抛光钛合金叶片叶缘工艺[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(6): 807-815. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0272
ZHANG Wanyi, XU Chengyu, JI Dongfeng, ZHANG Tianhong, ZHU Yongwei, QIN Fengming. Polishing process of titanium alloy blade edges using bonded-resin diamond tools[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(6): 807-815. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0272
Citation: ZHANG Wanyi, XU Chengyu, JI Dongfeng, ZHANG Tianhong, ZHU Yongwei, QIN Fengming. Polishing process of titanium alloy blade edges using bonded-resin diamond tools[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(6): 807-815. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0272

固结树脂金刚石工具抛光钛合金叶片叶缘工艺

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0272
基金项目: 河南省科技攻关计划项目(232102230145)。
详细信息
    通讯作者:

    朱永伟,男,1967年生,教授、博士生导师。主要研究方向:精密超精密加工、表面工程等。E-mail:meeywzhu@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TG58; TG74

Polishing process of titanium alloy blade edges using bonded-resin diamond tools

  • 摘要: 叶缘作为航空发动机叶片的关键部位,其加工精度直接影响叶片的气动性能,降低叶缘表面粗糙度和轮廓度对延长发动机服役寿命至关重要。为此,设计并开发了固结树脂金刚石弹性抛光轮,基于机器人平台研究钛合金叶片叶缘的抛光工艺。采用正交试验法探索主轴转速、进给速度、加工压力、磨料粒径4个主要工艺参数对叶缘表面粗糙度及轮廓度的影响规律。试验确定的最佳工艺参数组合是:主轴转速为800 r/min,进给速度为6 mm/min,加工压力为4 N,磨料粒径为10~14 μm。在此最佳参数组合下,钛合金叶片叶缘抛光的综合效果较好,其表面形貌得到改善,面型精度提高,表面粗糙度由初始的1.165 μm降为0.213 μm ,轮廓度由初始的0.048 mm降为0.016 mm,可满足使用要求。

     

  • 图  1  发动机叶片叶缘缺陷

    Figure  1.  Engine blade edge defects

    图  2  固结金刚石弹性抛光轮模型及实物图

    Figure  2.  Model and physical image of bonded diamond elasticpolishing wheel

    图  3  接触区域示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of contact area

    图  4  固结树脂金刚石抛光轮制作流程

    Figure  4.  The manufacturing process of resin-bonded diamond polishing wheels

    图  5  抛光试验装置

    Figure  5.  Polishing test device

    图  6  叶缘理想轮廓提取

    Figure  6.  Ideal contour extracting of leaf edges

    图  7  未加工叶片叶缘轮廓

    Figure  7.  Unfinished blade edge contour

    图  8  各因素对叶缘抛光后轮廓度的影响趋势图

    Figure  8.  Influence trend of various factors on profiles of blade edges after polishing

    图  9  叶缘抛光后轮廓与理想轮廓对比

    Figure  9.  Comparison between polished blade edge contour and ideal contour

    图  10  各因素对叶缘抛光后表面粗糙度的影响趋势

    Figure  10.  Influence trend of various factors on surface roughness of polished blade edges

    图  11  叶缘抛光前后表面微观形貌对比

    Figure  11.  Comparison of surface micromorphology before and after blade edge polishing

    图  12  叶缘抛光前后三维轮廓对比

    Figure  12.  Comparison of 3D contours before and after blade edge polishing

    表  1  固结树脂金刚石抛光轮组分

    Table  1.   Components of resin-bonded diamond polishing wheel

    成分质量分数 ω / %
    树脂60.0
    金刚石27.5
    固化剂1.0
    成孔剂10.0
    加速剂0.5
    偶联剂1.0
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    表  2  固结树脂金刚石抛光轮制备参数

    Table  2.   Preparation parameters for resin-bonded diamond polishing wheels

    参数取值
    压强 p / MPa0.5~1.0
    固化温度 θ / ℃65
    固化时间 t / s1500
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    表  3  弹性抛光轮抛光叶缘正交试验因素与水平表

    Table  3.   Factors and levels table for orthogonal experiment of elastic polishing wheel polishing blade edge

    水平 主轴转速
    n / (r · min−1)
    进给速度
    v / (mm · min−1)
    加工压力
    F / N
    磨料粒径
    d / μm
    A B C D
    1 600 6 2 50~60
    2 700 12 4 20~30
    3 800 24 6 10~14
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    表  4  钛合金叶片叶缘正交试验轮廓度及极差分析结果

    Table  4.   Results of orthogonal test on profile and range analysis of titanium alloy blade edges

    实验序号 A B C D 轮廓度
    δ / mm
    1# 600 6 2 50~60 0.022
    2# 600 12 4 20~30 0.027
    3# 600 24 6 10~14 0.040
    4# 700 6 4 10~14 0.014
    5# 700 12 6 50~60 0.028
    6# 700 24 2 20~30 0.031
    7# 800 6 6 20~30 0.020
    8# 800 12 2 10~14 0.022
    9# 800 24 4 50~60 0.032
    k1 0.030 0.019 0.025 0.027
    k2 0.024 0.026 0.024 0.026
    k3 0.025 0.034 0.029 0.025
    极差 R 0.006 0.015 0.005 0.002
     因素主次 B>A>C>D
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    表  5  钛合金叶片叶缘正交试验表面粗糙度及极差分析结果

    Table  5.   Surface roughness and range analysis results of orthogonal test on titanium alloy blade edges

    实验序号 A B C D 表面粗糙度
    Ra / μm
    1# 600 6 2 50~60 0.279
    2# 600 12 4 20~30 0.316
    3# 600 24 6 10~14 0.379
    4# 700 6 4 10~14 0.221
    5# 700 12 6 50~60 0.358
    6# 700 24 2 20~30 0.380
    7# 800 6 6 20~30 0.241
    8# 800 12 2 10~14 0.263
    9# 800 24 4 50~60 0.382
    k1 0.325 0.247 0.310 0.340
    k2 0.322 0.312 0.306 0.315
    k3 0.295 0.383 0.326 0.288
    极差 R 0.030 0.136 0.020 0.052
     因素主次 B>D>A>C
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-14
  • 修回日期:  2024-01-22
  • 网络出版日期:  2024-02-21
  • 刊出日期:  2024-12-06

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