航空发动机叶片磨削用超硬磨料砂轮修整技术及装置研制

郭 召， 黄 超， 王鹏健， 赵艳杰， 张明东， 曹少强

（陕西秦川机械发展股份有限公司，陕西 宝鸡712009）

0 引言

叶片是航空发动机关键零件之一，工作过程中要承受高温、高压、气蚀，工况恶劣。叶片多为钛合金、高温合金材料，韧性大、强度高、热硬性好。叶片型面为复杂的自由曲面，这些特性决定了叶片的难加工性。传统的叶片加工多采用精密模锻后人工修磨、抛光处理。这种工艺方法效率较低，精度一致性差，型线不准确，叶片质量不高。随着数控技术的发展，国内外机床制造企业纷纷面向航空制造企业研发了用于叶片精密加工的数控机床。笔者公司也依托多年精密磨床设计制造经验，相继成功地研发了多款叶片磨削机床。叶片型面属于复杂曲面，为避免磨削干涉，一般所选用砂轮尺寸较小，为了获得高的表面质量，需要进行高速磨削。叶片材料强度高、韧性大，磨削阻力大，采用普通的刚玉砂轮难以满足要求。超硬磨料砂轮硬度高、强度大、保形能力强，耐磨能力好、耐用度高，易于控制加工尺寸，加工表面质量好，磨削效率高，可以实现高速磨削（见图2）。但是超硬磨料砂轮的自锐性差、易堵塞，因而影响磨削过程的稳定性及表面质量。为此，需要对砂轮进行定期修整。然而，超硬磨料砂轮的高硬度特点给砂轮的修整带来了极大的困难。为了推进叶片磨削工艺的应用，需要对叶片磨削用超硬磨料砂轮修整技术进行研究并开发相应的砂轮修整装置。

图1 超硬磨料砂轮磨削叶片型面

图2 航空叶片磨削用超硬磨料砂轮

1 砂轮修整的主要方法

砂轮修整的关键在于得到较高的形状精度及良好的形貌，使磨削时有足够的容屑空间，有利于磨削液进入，防止烧伤。常用的砂轮修整方法有车削法、磨削法。

1.1 车削法

如图3，车削法是使用单点金刚石笔、修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。这种方法结构简单，但修整过程为点接触，金刚笔的磨损严重，尤其是修整超硬磨料，更加剧了这种磨损加大。随着磨损，修整轨迹将发生变化，影响砂轮廓形精度。

图3 车削法修整砂轮

金刚石笔硬且脆，不耐冲击，为避免砂轮缘端的冲击，从砂轮中央高点向左右两侧移送修整；修整器应和砂轮旋转方向倾斜5°～10°，以避免修整时振动或修整器刺入砂轮面而损坏金刚石笔。

1.2 磨削法

磨削法是用普通磨料砂轮磨削超硬磨料砂轮进行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、金属结合剂，致使超硬磨粒脱落，产生新的切削刃。在磨削过程中还可以对砂轮廓型进行修整，补偿不均匀磨损量，这是目前最为广泛采用的修整法。

2 叶片磨削用超硬磨料砂轮修整技术及修整装置研制

如图4，根据航空叶片磨削砂轮的形状特点，开发了5轴4联动超硬磨料砂轮修整试验台。该试验台可实现多种规格、形状超硬磨料砂轮的精确修整。超硬磨料砂轮修整过程见图5。

砂轮廓型精度检测仪如图6。

典型砂轮应用效果评价如图7。

3 结语

图4 超硬磨料砂轮修整试验台

图5 超硬磨料砂轮修整过程

图6 砂轮轮廓测量仪

图7 叶片磨削精度检测报告

采用磨削法修整超硬磨料砂轮，可以获得高的砂轮廓形精度及表面质量。针对超硬磨料砂轮应用中存在的磨粒不等高、磨粒不锋利（负前角）、磨粒不均匀等问题，进行了大量的磨削修整试验，对比了不同磨削修整参数下获得的砂轮修整精度。采用磨削法修整超硬磨料砂轮修整砂轮与超硬磨料砂轮的线速比应该控制在3～10；精度与修整进刀量有关，一般修整深度只要略大于0.04 mm即可。合理地选择修整深度，既可保证修整的质量，又能延长砂轮的使用寿命；修整过程中要进行充分冷却，防止金刚石类超硬磨料碳化。

［1］ 陈根余，谢小柱，李力钧，等.超硬磨料砂轮修整与激光修整新进展［J］.金刚石与磨料磨具工程，2002（2）：8-12.

［2］ 任敬心，华安定.磨削原理［M］.西安：西北工业大学出版社，1988：148-158.

［3］ 何聪华，袁慧.精密金刚石砂轮的制造、修整及磨削机理研究进展［J］.超硬材料工程，2008，20（4）：30-36.