叶片抛光机-解决航空发动机叶片抛光技术难点

航空发动机被比喻为工业皇冠上的明珠！近些年来一度成为我们的卡脖子技术！

航空发动机是飞机制造的“心脏”，其结构十分复杂，一台现代发动机拥有上万各零部件。95%以上的战斗机、运输机、客机、无人机安装着涡扇发动机，是最为核心的航空发动机。从涡扇发动机的价值构成来看，叶片的价值占比最大，是航空发动机制造中十分关键的构成部件。高压涡轮的叶片几乎成了全世界最难制备的材料，工作环境极为恶劣：高温、高压、高强度！

随着能源、动力装置的功率不断增大，为了获得更好的空气动力学效果，最大限度地提升单位体积的功率，叶片型面向着更加弯、扭、掠，曲面更加复杂的方向发展。除了对高温合金材料有特殊要求外，航空发动机性能很大程度上取决于叶片质量，叶片的质量直接影响发动机的安全性和可靠性。航空发动机叶片形状的曲面更复杂、尺寸更严格、表面质量更精良。

航空涡扇发动机结构示意图 。在航空发动机中，燃气和空气的混合气体从主燃烧室喷出后，高温高速气流通过导向叶片实现转向，并形成几百米/秒的高速气流，冲向涡轮工作叶片，驱动工作叶片高速旋转，进一步通过涡轮轴带动压气机旋转。

由于零件及材料价格极其昂贵，对其表面处理工艺也是万里挑一。一些复杂型面的叶片，如果不够光滑，不符合空气动力，除了耗费大量的人力资源，也易造成产品质量不稳定，甚至影响发动机整机性能与寿命。哪怕有着任何一丝闪失都会导致工件的报废，因此航空叶片的加工特别是打磨抛光对加工设备提出了极高的要求！

抛光打磨是航空发动机叶片成型的最后一道工艺。由于形状各异，叶片在经过数控机床加工后，还要进行高精密抛光，并用三坐标测量仪器对叶片的波纹度、曲面扭转等进行检测，这些指标要精确到u级以下高抛光精度要求。

飞机发动机叶片研磨抛光 

目前，航空发动机叶片抛光的技术难点有以下几个主要方面：

型面加工余量不均匀。精锻钛合金压气机叶片一般采用型面定位，然后进行榫头的加工，这一加工特点使得以榫头定位进行型面抛光时，由于基准转换带来了型面加工余量不均匀。同时型面受残余应力影响存在变形，尤其是压气机叶片，变形的数量级与叶片进排气边厚度在同一量级，达到0.1mm 以上。

叶片进排气边缘曲率半径极小。小的压气机叶片有些甚至会达到R 0.1mm 级别。这就使得叶片进排气边缘在进行磨削时，必须采用很小的接触力进行磨削。此外，进排气边磨削时，边缘散热条件不好，叶片进排气边容易产生烧蚀。

转接圆弧的形状复杂且半径很小。在叶片造型设计过程中，转接圆弧由流道型面和叶身型面圆滑过渡而成，其圆角为R 2mm 左右，曲率变化很大，给编程带来了很大困难。无论采用砂轮磨削还是采用砂带磨削的加工方法，砂轮或砂带压紧轮均需小于φ 4mm，砂轮或砂带压紧轮的研制难度、使用寿命都面临很大挑战。

由于新型高效率航空发动机（如LEAP和齿轮涡扇发动机）的叶片公差更严格，所以抛光一致性的要求至关重要。目前智能化机器人抛光和磨粒流抛光技术处理可以进一步降低经数控铣削、电火花及电解加工的整体叶盘表面粗糙度，提高型面精度，从而改善气流通道、提升燃油效率。还可以实现提高叶盘疲劳强度，延长使用寿命的目的。

高温合金属于难加工材料，叶片弯、扭、掠的叶片型面设计和带冠结构更是进一步增加了打磨加工的难度。相对于常见金属材料，高温合金材质的涡轮叶片硬度更大，在磨削时需要更大的磨削力和转速，使砂带使用寿命快速缩短，导致耗材位置信息容易发生变化。叶片本身壁较薄，同时打磨余量小，机站的切削力过大、转速过快、运动轨迹不当都容易造成工件过磨或报废。

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