冲入云霄,表面质量的新高度 ;航天航空领域发动机叶片流速脉冲加工案例

2019-09-29

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引擎叶片,如涡轮和压缩机叶片是运转中的飞机引擎系统的关键组件之一。涡轮风扇引擎由多个部分组成。位于前部的风扇将空气吸入并引导进压缩机。压缩机由成排排列的多个叶片组成,叶片的尺寸向着狭窄管的末端递减。通过旋转运动,吸入的空气被压缩至其体积的三十倍,随即气体的压力和温度升高。随后,空气被送入燃烧室,在燃烧室中,空气与注入的煤油混合并燃烧,产生的能量推动高压涡轮机。驱动压缩机的涡轮叶片便位于此处。位于高压涡轮机下部的低压涡轮机也同样由该能量驱动。低压涡轮机由较长的涡轮叶片组成,它直接连接到风扇并保证它的转动。风扇将空气吸入引擎内部,并导入压缩机和涡轮机中。经过引擎内部的冷空气能够产生巨大的推动力。引擎内部的做工运转只会确保引擎保持运行。废气流产生20%的推进力,而风扇产生80%的推进力。涡轮机和压缩机叶片需要承受高温和高压。因此,制造商对叶片的生产和加工方法实施了严格的规定。


涡轮叶片加工前后对比

航空航天行业中使用的发动机叶片通常由加工难度高且精度很高的材料制成。足够高的精度才能够获得理想的气流和极限耐磨能力。这些组件承受的最高温度达到1,000°C。这意味着叶片表面质量也必须达到高标准,并且必须良好地适应发动机的运转条件。OTEC针对引擎叶片研发的流速脉冲表面处理技术能够显著提升叶片的效率和安全性的同时降低残次品数量。


平滑叶片主体,即空气箔的表面能够产生积极的影响。根据不同的需求,OTEC表面处理工艺可以在几分钟内将表面平滑至Ra < 0.2μm的值,从而提高叶片工作效率。叶片表面得到均匀加工,整个表面处理中仅去除极少量的材料,不对叶片产生形貌改变。通过精密倒圆,修复叶片的前缘和后缘可以减少不良品零件的数量。一些上游加工工艺,例如喷砂,可能会损坏这些边缘。OTEC的方法可以将其倒圆至给定的半径,从而进行修复。倒圆加工过程非常精确,材料去除量也极其细微。


流速脉冲加工前后的叶片边缘对比

经过去毛刺处理后的叶片根部可以有效避免卡在圆盘中的情况,有助于提升安全性。表面处理不仅延长了叶片的使用寿命,更提高了叶片工作效率。此外,去毛刺后的工件更有利于后续的涂层。OTEC的创新流速脉冲加工技术在一次加工中即可同时完成对引擎叶片的平滑和倒圆。


在流速脉冲加工过程中,叶片被固定在合适的夹具中下降放入磨料容器中。表面处理加工通过容器的旋转和工件在介质流中的移动完成。对叶片的加工程序经过精确设定,即工件在磨料中的定向角以一定频率间隔改变。这意味着加工可以精确至叶片上的特定点,从而可以在不改变刀片形状的情况下获得光滑的表面和精确的倒圆角。OTEC流速脉冲表面处理工艺与传统表面处理工艺相比,加工时间显著缩减。根据工件的不同尺寸和初始条件,引擎叶片表面处理仅需2 - 20分钟。此外,每个叶片由单独的夹具固定,从而避免了叶片之间的接触,不会造成任何表面损伤。所有表面处理步骤都可以在一台机器上完成。SF-5流速脉冲系统可一次处理多达五个引擎叶片,确保高产量和成本效益。经过OTEC处理后的叶片在残余应力、疲劳强度和荧光控制的测试中均展现了良好的反馈结果。



加工案例:

涡轮叶片分为不同的规格、尺寸和材料制成,例如镍、钛或钨钼合金。通过烧结工艺锻造、研磨或采用新的激光工艺制造。由于粗糙度过大或叶片边缘过于尖锐,新制造的叶片都需要进行表面处理。

技术优势:

1

均匀平滑的表面处理,粗糙度根据加工要求可降至Ra 0.06 – 0.4 μm。

2

对叶片形状影响低。

3

可对前后边缘钝研至特定半径。

4

高产量(最多可以同时加工5个工件)。

5

可加工最大叶片长度~ 300 mm。

6

可加工最大叶盘直径为500 mm。

加工前

Ra1,45μm

 加工后

Ra0,24μm

加工前

Ra0,54 μm

 加工后

 Ra0,06 μm

加工前

Ra3,45 μm

 加工后

Ra0,20 μm

加工时间100分钟 / 周期


涡轮叶片根部以及涡轮叶盘案例

加工前

Ra0,54 μm

 加工后

 Ra0,06 μm


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