某高压静子叶片质量提升

武志勇　李深亮　李玉波

[摘 要]某高压静子叶片采用辊轧工艺加工成型，相比较于传统叶片，该叶片叶身型面两头端弯、后掠、进排气边缘呈圆弧形分布，空间曲面复杂。型面的精度高，轧制难度大。轧制后，叶身部分型面超差，需要人工抛修局部余量才能达到设计要求，无法满足交付要求，针对存在的问题，本攻关中采取了严格控制辊轧工序叶身余量，对局部卡点采用砂带磨削加工替代手工抛修等改进方法，通过实施改进措施，提高了叶片加工质量，最终达到了叶片的技术要求。

[关键词]叶片 辊轧加工 质量控制

中图分类号：S435 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0255-01

随着发动机设计及制造技术的不断发展，高压压气机叶片的叶型正在变得越来越复杂[1]。某高压静子叶片为高温合金材料，叶型两头端弯、前弯后掠、大扭角、进排气边缘成圆弧形分布，叶型截面多，叶身转接坡度大，曲率变化最大处超过40°，进排气边缘薄，最薄处小于0.1mm，辊轧加工难度大。原加工路线采用辊轧叶身加手工钳修边缘的方法进行加工，手工加工后叶片尺寸存在差异，导致最终叶片抛修后表面完整性、一致性较差，合格率不能满足叶片加工要求。

1 工艺优化

1.1 新旧工艺路线对比

1.1.1 原主导工艺路线

毛料检查→冲切凹槽→粗轧叶身型面→抛修边缘→精轧叶身型面→抛修边缘→切断→入库

1.1.2 改进后工艺路线

毛料检查→冲切凹槽→粗轧叶身型面→线切割→精轧叶身型面→砂带磨叶型→切断→入库

1.2 主要改进措施

1.2.1 轧前坯料控制

1）增加磨排气侧长边工序

原工艺中采用短边和进气侧长边做为基准，对这两面进行磨削加工，排气侧未做要求，铣进气边度面时以排气边为基准，此基准面如果不平，会影响进气边度面的加工精度，增加此工序将提升排气边度面加工质量，有利于轧前坯料尺寸一致性的控制。

2）铣进、排气边圆弧改线切割

原工艺中进排气边圆弧采用圆柱铣刀加工，由铣刀直径保证圆弧的大小，经常由于刀具直径有差异导致圆弧大小有变化，在优化后的工艺中进排边圆弧由铣改为线切割（如图1所示），圆弧位置由首件投影检查保证，而圆弧尺寸由线切割程序保证，提高了圆弧大小的一致性，有利于提高后续工序零件加工的合格率。

3）更改进排气边圆弧斜面加工方式

进排气圆弧斜面由工人手工抛光改为数控铣削加工，消除人为的质量波动，并采用三坐标测量机进行监控。

1.2.2 粗轧坯料尺寸控制

原工艺规程中，只对粗轧后叶片2个截面检查最大厚度值，改进后的工艺增加对粗轧后叶片截面叶型的检查，采用三坐标检查，并将截面数增加到5个。通过改进措施，加强了粗轧坯料的控制，有利于提高粗轧坯料一致性，从而提高最终叶片合格率。

1.2.3 精轧工序质量控制

首先，对已有的辊轧设备进行改造，提高辊轧机加工精度；其次，提高模具加工精度，严格控制精轧模具的加工制造精度，模具型腔尺寸公差控制在±0.02mm之内，对制造后的模具进行三坐标检测，不符合要求的模具一律退回；最后，在精修模具时采用网格法进行模具修理，用高度尺在模具型腔表上划线，这样在轧制后的叶片上会产生网格，通过叶片上的网格位置反推到模具上型面不合格位置，达到精准修模的目的。

1.2.4 进排气边缘加工

进排气边缘原加工方法为线切割，边缘预留0.3～0.4mm余量，采用工人手工钳修倒圆，此加工方法的弊病是加工后边缘厚薄变化大，易造成边缘厚度不一致，且圆滑程度无法保证，针对不足采取了以下措施：

1）减小进、排气边缘余量，由原先的的单边0.3～0.4mm缩小到0～0.10mm；

2）采用数控砂带磨加工叶身型面及进、排气边缘，取消手工抛光，避免由于手工加工带来的质量

波动，提高加工质量的稳定性。

针对于辊轧后叶身局部存在超差点的情况，采用了数控砂带磨削加工来取代传统的手工抛修，此种方法的优点是抛光部位及抛修量由程序控制，不受人为因素干扰，通过砂带抛修后叶片一致性得到明显提升，叶身表面完整性明显优于手工抛光，叶片表面粗糙度经检测满足技术要求。

叶片进排气边缘R采用数控砂带磨磨削后，经检测，80%左右的R形状满足专用技术文件规定的要求，如图2所示。

1.2.5 检测方法改进

原工艺中采用型面测具结合样板的检测方法对叶身型面进行檢测，进排气边缘R按标准件验收，测具结合样板的检测方法无法直接给出测量结果，需观察叶形与样板之间透光来判断测量结果，易产生测量误差，测量误差约为0.05mm左右，而且边缘通过目视与标准件对比检查也存在不足。改进后通过专用测量机对叶身型面进行测量，该设备通过发射1束直径为30um的光点进行测量，对叶身型面的测量误差小于0.01mm，大大提高了叶身的检测精度，进排气边缘采用小半径投影仪进行检测，可通过放大的投影图清晰看到进排气边缘的形状，可对边缘形状态进行准确的判断。

2 测量结果

通过上述工艺改进方法的实施，结合砂带磨削叶型高点及进排气边缘，某静子叶片质量得到了较大程度的提升，满足了叶片的加工要求。

3 结论与展望

1）通过轧前坯料的稳定性控制、增加轧制过程质量控制、提高模具加工精度等一系列改进措施的实施，某静子叶片质量得到了较大的提升，辊轧加工后的叶片达到了技术要求，产品满足了叶片的需要。

2）辊轧加工不只是一道辊轧工序，辊轧之前的坯料尺寸控制同样十分重要，只有控制好轧前坯料的一致性，精轧工序质量才能得到控制；精轧模具的修理，目前仍沿用手工修模的方法，此种方法虽简单易行，修模周期较长且对工人实际操作水平要求较高，未来的模具修理，一定是通过专用设备通过程序进行修模，排除手工修模带来的模具质量波动。

3）辊轧加工的稳定性有待进一步提高，在研制过程中发现，轧制不稳定的情况偶有发生，在其它因素保持不变的情况下，机床油压、电机功率等设备因素均会影响到轧制稳定性，对设备进行彻底而全面的优化改造是解决这一问题的有效途径。

参考文献

[1] 《叶片制造技术》科学出版社

[2] 《透平机械现代制造技术丛书》叶片制造技术

[3] 《机械加工工艺手册》机械工业出版社

[4] 《机械工程手册》机械工业出版社

作者简介

武志勇（1981.10-），男，工程师，辽宁省沈阳人，现任中国航发黎明叶片加工厂技术科长，2003年毕业于南京航空航天大学机械工程及自动化学士学位专业，主要从事航空发动机叶片的研制及相关技术管理工作。