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航空发动机叶片变形原因

发布时间:2022.07.16
信息摘要:
高压出口整流叶片内封严组件属于旋转件,其加工变形产生的原因很多,与零件的材料、零件的几何结构、零件加工工艺、加工工序的定位装夹方式、切削刀具和程序设计等因素都有关系。具体来说,工件材料的硬度越高,材料黏性越大,其可加工性能就越差。

高压出口整流叶片内封严组件属于旋转件,其加工变形产生的原因很多,与零件的材料、零件的几何结构、零件加工工艺、加工工序的定位装夹方式、切削刀具和程序设计等因素都有关系。具体来说,工件材料的硬度越高,材料黏性越大,其可加工性能就越差。

航空发动机叶片变形原因


一、定位装夹影响高压出口整流叶片内封严组件

在装夹时,若封严组件的定位基准与压紧面选择不合理,夹具压紧力与工件支承力相互作用,在工件内部产生内应力,零件加工后,在自由状态下会引起应力变形。

工件定位前,需对工件的定位结构及定位尺寸进行分析,选择稳定可靠的定位基准。

工件定位后,一般使用定位夹具及压紧盖板等方法,将零件压紧在夹具上,压紧力大小必须适当,对于刚性较好,切削去除量大的零件,可使用较大压紧力;对于刚性较差的薄壁件,一般采用较小压紧力,必要时可使用扭矩扳手,确保压紧力稳定。

在使用夹具定位装夹零件时,夹具及夹紧力应符合以下要求:

①夹具的定位面与封严组件的定位面配合较好,夹具盖板的压紧力与工件的反作用力相互平衡。

②控制夹紧力引起的工件变形,压紧封严组件等刚性较差的工件时,应控制夹紧力的大小。当工件压紧面较大时,应尽量采用分散压紧的方式,通过增加压紧压板的数量,分散夹紧点等方法,避免压力集中导致零件变形。

③夹具的夹紧点应尽量靠近工件被加工表面,减少切削时工件振动。

二、切削影响在使用专用工装对封严组件进行定位装夹后,还应考虑切削过程对零件变形的影响。

零件在加工过程中,切削刀片与工件表面摩擦做功,摩擦使工件产生弹性变形和塑性变形。镍基高温合金RRMS33031/1导热系数小,切削工件产生的大量切削热,造成被加工工件各区域温度不均,导致零件出现不规则变形;刀具在切削工件时,封严组件表面受到切削力影响,在切削区域引起塑性变形。

切削工件表面温度明显高于工件内部温度,工件内外出现明显温度差。工件表面温度较高,高温合金体积快速膨胀,工件内部温度变化不大,金属体积变化不明显。高温使工件表面产生明显热应力,当工件表面的热应力超过合金材料的屈服极限时,封严组件产生塑性变形;工件内部金属组织受工件表面组织的径向拉应力作用。

封严组件精加工时,由于壁厚较薄,若不使用辅助支撑夹具,拉应力与压应力很难维持平衡,工件产生径向变形,零件加工后圆度较差。切削后,工件表面温度逐渐降低,切削表面体积收缩,内部金属体积变化不大,工件表面合金组织由于受到工件内部合金组织的限制产生拉应力,金属内部则产生压应力,进一步加剧工件沿径向变形。

加工高压出口整流叶片内封严组件时,不同走刀方式对工件车加工精度的影响也不相同,加工机床的精度、设备功率、刀座系统的稳定性、夹具的刚性,加工现场的湿度及温度,机床及刀具的冷却系统等均会对零件的变形产生影响。

三、测量误差高压出口整流叶片内封严组件使用车床夹具定位装夹零件,加工后对封严组件的主要测量尺寸包括大端面壁厚尺寸2.03±0.15)mm,外封严槽厚度2.03±0.15)mm,定位基准A到端面槽槽底尺寸2.3±0.2)mm,蜂窝定位面到端面槽靠近内孔端尺寸2.3±0.2)mm,封严环外圆直径450.7±0.3)mm。

测量封严环尺寸时,壁厚尺寸使用壁厚卡钳测量,外圆直径使用卡尺测量。由于封严环大端端面刚性较差,切削时大端面整体向小端定位基准A塌陷变形,壁厚尺寸2.03±0.15)mm较为稳定,且大端面变形对直径尺寸450.7±0.3)mm影响较小,仅靠测量这些尺寸无法真实反应工件的变形情况,工件尺寸的合格率与工件变形大小无明显对应关系,这种测量方法对工件的变形控制误差较大。

四、残余应力高压出口整流叶片内封严组件加工时产生的残余应力使组件内部产生不稳定的应力集中,封严组件受施加外力作用、环境温度变化等其他因素影响较大。施加外力与组件内部残余应力相互作用,使封严组件局部产生塑性变形,外力作用使工件受力截面内的残余应力发生变化,在取消外力作用时,封严组件整体产生变形。封严组件在安装使用时,内部残余应力释放松弛,残余应力对封严组件尺寸精度及使用稳定性有很大影响。

            

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