超声波辅助磁力研磨整体叶盘试验研究
发布时间：2021-11-16 23:32
针对航空发动机整体叶盘结构复杂和材料难以加工的特性,在磁力研磨技术的基础上引入超声波作为辅助手段。磁性磨粒在磁场力和振动冲击产生的超声脉冲压力的复合作用下,加大了对叶盘表面纹理的去除。结果显示:加工前叶盘表面粗糙度值为Ra 1.38μm,单纯磁力研磨后表面粗糙度值降至Ra 0.52μm,超声波辅助磁力研磨后表面粗糙度值降至Ra 0.18μm。通过电镜观测叶盘表面形貌,纹理基本去除,表面更加细密、均匀。
【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(07)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
单个磁性磨粒运动示意图
叶盘在铣削过程中，因刀具与叶盘间的挤压、摩擦、切削等作用，同时伴随着机床的轻微振动，会导致叶盘表层材料产生温升和变形。机床铣刀的多重刀轨相互叠加造成重复、有规律的变形进而在叶盘表面形成加工纹理，如图5(a）所示是叶盘铣削后经显微镜100倍放大的表面形貌图。从图中可以看出叶盘表面不仅产生了大量鳞片状突起，而且这些鳞片状突起相互叠加形成了有规律的波峰与波谷，从叶片的整体形貌来看表现为加工纹理，表面质量比较差；图5(b）是单纯磁力研磨60 min后的表面形貌。利用磁力研磨自身的尖点效应，叶盘表面突起会被优先去除，使加工纹理中的波峰与波谷的高度差减小，因此从图中看出磁力研磨后表面质量比研磨前显著提高。但由于磨粒在研磨过程中运动轨迹有规律，所以会出现规律性的螺旋线加工纹理，表面质量仍不十分理想；图5(c）是用超声波磁力研磨法对叶盘表面处理后的形貌，研磨加工60 min后对比图5(b）发现叶盘表面纹理被全部去除，叶盘表面质量细密且均匀。引入超声辅助振动后的磁力研磨相对于单纯的磁力研磨，其磨削力不仅有磁场力，还有轴向振动冲击产生的超声脉冲压力。此时，磁性磨粒会对叶盘表面产生复合效应，即切向切削效应和法向冲击效应。当磁性磨粒位于加工纹理波峰处，超声波高频振动挤压将其压入叶盘表面。相对单纯磁力研磨加工，该方法使磨粒与加工纹理波峰的作用时间延长，去除率也更高，工件表面质量更加均匀。
图1是超声波磁力研磨装置简图。超声波磁力研磨装置包括超声波发生系统、磁力研磨系统、传动系统、回转工作台系统和机械手系统组成。超声波发生系统是由超声波发生器、压电换能器、换能器外罩、集电环、变幅杆和弹性筒夹等组成；磁力研磨系统包括径向充磁磁极和磁性磨粒；传动系统是用调速电机通过软轴将动力传递到机械手端部，用锥齿轮改变传动方向将动力传递给超声波磁力研磨装置；回转工作台系统采用精密自动回转工作台，可以实现固定角度的自动回转；机械手系统包括机械手和控制系统，其中控制系统包括控制柜、操作屏和计算机，可完成数控程序的建模、代码编制、调试和运行。该装置的工作原理是将磁极固定在超声波装置上。超声波装置安装在机械手前端，配合电机软轴驱动实现旋转与超声波振动的复合运动，实现对整体叶盘表面的研磨加工。为验证超声波磁力研磨技术对提高整体叶盘零件光整加工可行性，对镍基高温合金整体叶盘进行研磨抛光实验。超声波磁力研磨装置是在图2(a）原始装置的基础上改进得到的，引入图2(b）超声波振动器和图2(c）超声波发生器两部分。实验时将叶盘定位后安装在工作台上，超声波磁力研磨装置与电机软轴输出轴相连，磁极固定在超声振动装置上，调整磁极与叶盘表面间隙，将磨粒与研磨液均匀混合后添加到间隙中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]整体叶盘磨粒流加工仿真与试验研究[J]. 赵路,孙玉利,施凯博,赵建社,左敦稳. 航空制造技术. 2019(13)
[2]高压水射流技术在整体叶盘高效加工中的应用[J]. 杨维学. 航空发动机. 2019(03)
[3]超声振动辅助磁力研磨协同增效机制与试验研究[J]. 康璐,陈燕,赵杨,马学东. 航空制造技术. 2018(21)
[4]整体叶盘抛光机床的研制与应用[J]. 李云霞,党旋,薛超,吴动波,单秀峰. 内燃机与配件. 2018(14)
[5]双向复合振动辅助磁力研磨加工的试验研究[J]. 孙岩,兰勇,杨海吉,陈燕. 表面技术. 2018(07)
[6]旋转超声辅助磁力研磨镍基合金试验研究[J]. 曾加恒,陈燕,张科丙,李刚. 硬质合金. 2018(03)
[7]超声波辅助磁力研磨TC4薄壁细长管内表面研究[J]. 杨海吉,邓祥伟,韩冰,陈燕,解志文. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[8]电解-磁力复合研磨镍基高温合金实验研究[J]. 谭悦,于克强,陈燕,杜兆伟,燕峰. 电镀与精饰. 2017(12)
[9]超声磁力复合研磨对TA18管内表面光整加工[J]. 谭悦,陈燕,曾加恒,许召宽. 电镀与涂饰. 2017(16)
[10]超声磁力复合研磨钛合金锥孔的试验研究[J]. 焦安源,全洪军,陈燕,韩冰. 机械工程学报. 2017(19)
本文编号：3499777
【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(07)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
单个磁性磨粒运动示意图
叶盘在铣削过程中，因刀具与叶盘间的挤压、摩擦、切削等作用，同时伴随着机床的轻微振动，会导致叶盘表层材料产生温升和变形。机床铣刀的多重刀轨相互叠加造成重复、有规律的变形进而在叶盘表面形成加工纹理，如图5(a）所示是叶盘铣削后经显微镜100倍放大的表面形貌图。从图中可以看出叶盘表面不仅产生了大量鳞片状突起，而且这些鳞片状突起相互叠加形成了有规律的波峰与波谷，从叶片的整体形貌来看表现为加工纹理，表面质量比较差；图5(b）是单纯磁力研磨60 min后的表面形貌。利用磁力研磨自身的尖点效应，叶盘表面突起会被优先去除，使加工纹理中的波峰与波谷的高度差减小，因此从图中看出磁力研磨后表面质量比研磨前显著提高。但由于磨粒在研磨过程中运动轨迹有规律，所以会出现规律性的螺旋线加工纹理，表面质量仍不十分理想；图5(c）是用超声波磁力研磨法对叶盘表面处理后的形貌，研磨加工60 min后对比图5(b）发现叶盘表面纹理被全部去除，叶盘表面质量细密且均匀。引入超声辅助振动后的磁力研磨相对于单纯的磁力研磨，其磨削力不仅有磁场力，还有轴向振动冲击产生的超声脉冲压力。此时，磁性磨粒会对叶盘表面产生复合效应，即切向切削效应和法向冲击效应。当磁性磨粒位于加工纹理波峰处，超声波高频振动挤压将其压入叶盘表面。相对单纯磁力研磨加工，该方法使磨粒与加工纹理波峰的作用时间延长，去除率也更高，工件表面质量更加均匀。
图1是超声波磁力研磨装置简图。超声波磁力研磨装置包括超声波发生系统、磁力研磨系统、传动系统、回转工作台系统和机械手系统组成。超声波发生系统是由超声波发生器、压电换能器、换能器外罩、集电环、变幅杆和弹性筒夹等组成；磁力研磨系统包括径向充磁磁极和磁性磨粒；传动系统是用调速电机通过软轴将动力传递到机械手端部，用锥齿轮改变传动方向将动力传递给超声波磁力研磨装置；回转工作台系统采用精密自动回转工作台，可以实现固定角度的自动回转；机械手系统包括机械手和控制系统，其中控制系统包括控制柜、操作屏和计算机，可完成数控程序的建模、代码编制、调试和运行。该装置的工作原理是将磁极固定在超声波装置上。超声波装置安装在机械手前端，配合电机软轴驱动实现旋转与超声波振动的复合运动，实现对整体叶盘表面的研磨加工。为验证超声波磁力研磨技术对提高整体叶盘零件光整加工可行性，对镍基高温合金整体叶盘进行研磨抛光实验。超声波磁力研磨装置是在图2(a）原始装置的基础上改进得到的，引入图2(b）超声波振动器和图2(c）超声波发生器两部分。实验时将叶盘定位后安装在工作台上，超声波磁力研磨装置与电机软轴输出轴相连，磁极固定在超声振动装置上，调整磁极与叶盘表面间隙，将磨粒与研磨液均匀混合后添加到间隙中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]整体叶盘磨粒流加工仿真与试验研究[J]. 赵路,孙玉利,施凯博,赵建社,左敦稳. 航空制造技术. 2019(13)
[2]高压水射流技术在整体叶盘高效加工中的应用[J]. 杨维学. 航空发动机. 2019(03)
[3]超声振动辅助磁力研磨协同增效机制与试验研究[J]. 康璐,陈燕,赵杨,马学东. 航空制造技术. 2018(21)
[4]整体叶盘抛光机床的研制与应用[J]. 李云霞,党旋,薛超,吴动波,单秀峰. 内燃机与配件. 2018(14)
[5]双向复合振动辅助磁力研磨加工的试验研究[J]. 孙岩,兰勇,杨海吉,陈燕. 表面技术. 2018(07)
[6]旋转超声辅助磁力研磨镍基合金试验研究[J]. 曾加恒,陈燕,张科丙,李刚. 硬质合金. 2018(03)
[7]超声波辅助磁力研磨TC4薄壁细长管内表面研究[J]. 杨海吉,邓祥伟,韩冰,陈燕,解志文. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[8]电解-磁力复合研磨镍基高温合金实验研究[J]. 谭悦,于克强,陈燕,杜兆伟,燕峰. 电镀与精饰. 2017(12)
[9]超声磁力复合研磨对TA18管内表面光整加工[J]. 谭悦,陈燕,曾加恒,许召宽. 电镀与涂饰. 2017(16)
[10]超声磁力复合研磨钛合金锥孔的试验研究[J]. 焦安源,全洪军,陈燕,韩冰. 机械工程学报. 2017(19)
本文编号：3499777
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