1、序言

叶片是航空发起机的主题零件，叶片质量的曲直直接影响发起机的机能和寿命。叶片抛光是提高叶片工作寿命、委顿强度和气动机能的沉要步骤，但抛光加工难度大、问题多，其中钛合金叶片在抛光过程中，废料容易粘拥戴填充在砂粒之间，造成砂带资料去除率降低，磨抛温度提高[1]，引起抛光后表表质量差、容易烧伤等问题[2]。抛光工艺对钛合金叶片表表变质层内的加工硬化、残存应力及金相组织变动等表表质量齐全性[3]和委顿机能也有直接影响[4]。随着钛合金叶片的宽泛利用，其对表表抛光技术提出了越来越高的要求[5，6]。某型航空发起机选取了TC4钛合金压气机工作叶片、整流叶片，叶型加工采取数控铣削+手工抛光的步骤，存在加工效能低、尺寸精度保障难度大等问题，影响交付进度和产品质量。本文通过对TC4钛合金资料试件、典型叶片发展数控砂带抛光试验和产品试造加工，钻研了抛光参数对表表粗糙度、表表纹理、金相、硬度及残存应力的影响法规，为数控砂带抛光在航空发起机TC4钛合金叶片的工程利用提供技术支持。

2、钛合金试件及叶片数控砂带抛光试验前提

2.1试件状态及试验前提

用于数控砂带抛光参数评估的TC4钛合金试件尺寸为100mm×50mm×4mm。凭据GJB2505A—2008《航空用钛脊合金板材和带材规范》推荐的热处置参数，试样经820℃加热，保温0.5h并于炉表空冷，形成切合航空发起机叶片造作的退火态组织。在数控砂带磨床上，别离选用碳化硅砂带和尼龙砂带依照规划的工艺组合发展参数试验，砂带宽度10mm。为预防抛光废料堆积，加工过程使用摩特3135水基切削液对加工区域进行冲刷。

2.2叶片状态及试验

过程拔取100件TC4资料的叶型较复杂的压气机第4级工作叶片，在数控铣削后发展数控砂带抛光试造。该叶片由叶身、榫头组成，属于典型的燕尾型榫头叶片，尺寸为60mm×40mm，叶身选取五轴数控机床精铣至表表粗糙度值Ra=3.2μm左右，抛光留余量0.02～0.05mm。设备选取2MGY5530型数控砂带磨床，砂带选取240主张碳化硅砂带、400主张蓝色尼龙带，别脱离展叶身型面粗抛和精抛[7]，砂带如图1所示。抛光走刀轨迹如图2所示，选取沿积叠轴方神驰复走刀方式，从叶尖处进刀，砂带加工叶身走刀至叶根R部位左近，由砂带侧面去除叶根R部位刀纹。凭据前述参数试验分析了局，结合该叶片叶型特点，造订抛光工艺参数、假造数控法式发展试造，粗抛和精抛工艺参数别离见表1。试造过程中，240目碳化硅砂带每加工3～4件更换一次砂带，400目蓝色尼龙带每加工3～5件更换一次砂带。

2.3测试步骤与仪器试件

经磨抛加工后，别脱离展以下测试，用于分析各组工艺对加工成效的影响。①使用MahrM300表表粗糙度丈量仪，发展垂直于磨抛纹路的表表粗糙度丈量，丈量评估长度lt=4mm，截止波长λf=0.8mm。②使用OlympusBX53M显微镜对磨削后试件部门表表的描摹及剖面金相进行观测。③使用HVS-1000Z维氏硬度计，在HV0.3的前提下，对磨削后叶片表表及芯部硬度进行丈量。④使用ProtoiXRD残存应力分析仪，在V靶丈量磨削后试件表表的残存应力。

3、抛光参数对试件表表粗糙度的影响

3.1单个参数对加工成效的影响

基于单成分试验法，在试件上别离对数控砂带抛光线速度、进给速度、预压量和步距发展抛光试验，以验证重要抛光参数对表表粗糙度的影响法规。再选取单一变量试验法，别脱离展线速度、进给速度、预压量和步距等抛光参数对表表粗糙度的检测及影响分析，具体抛光参数和相应表表粗糙度丈量值见表2～表5。

凭据试验了局，统计分析形成的砂带抛光参数对表表粗糙度的影响法规曲线如图3所示。由图3a可知，表表粗糙度值Ra随着砂带线速度的增长而不休降低，但在线速度达到12m/s后，Ra趋于不变，线速度增长未对表表粗糙度产生很大的影响。由图3b可知，Ra随着砂带进给速度的增长而不休升高。由图3c可知，Ra随着磨头预压量的增大而降低，但在预压量达到0.15mm之后，Ra随着磨头预压量的增大而升高。由图3d可知，Ra随着砂带步距的增长而不休降低。

因拔取的参数是离散化数值，故存在肯定的差距性，综合加工质量和效能分析以为，后期工程利用的参数选择领域为：线速度9m/s以上
；在保障效能的情况下，精抛尽量选择较低进给速度
；磨头预压量取0.10～0.20mm
；步距取1.0～3.0mm。同时，须把稳各参数的耦合作用，如当选择较大砂带线速度、较低进给速度和肯定预压量时，加工后表表质量不愿定好
；又如在磨削压力肯定的情况下，选择较幼的线速度、进给速度，也可得到较幼的表表粗糙度值。

3.2抛光参数对表表粗糙度及残存应力影响的主次

分析为进一步验证步距、线速度、进给速度和预压量等抛光参数对加工后零件表表粗糙度、残存应力的影响水平，综合上述试验了局，造订四成分三水平的正交试验规划见表6。

按表6划定的抛光参数，别离选取400主张碳化硅砂带抛光至表表粗糙度值Ra=0.4μm，随后再选取800主张尼龙带精抛光至表表粗糙度值Ra=0.2μm，各组正交试验了局数据统计别离见表7、表8，其中表表粗糙度和残存应力数值为在检测试件上一样地位所得。选取极差法别离对数据进行分析，了局如图4所示，其中成分极差值（R值）的大幼反映了各成分对于试验了局的影响水平大幼。由图4a、图4b分析可知，TC4钛合金试件数控砂带抛光至表表粗糙度值Ra为0.2～0.4μm时，影响表表粗糙度的主次参数挨次为砂带线速度、步距、预压量和进给速度，影响表表残存应力的主次参数挨次为砂带线速度、进给速度、预压量和步距。

由图4c、图4d分析可知，TC4钛合金试件数控砂带抛光至表表粗糙度值Ra≤0.2μm时，影响表表粗糙度的主次参数挨次为进给速度、预压量、步距和砂带线速度，影响表表残存应力的主次参数挨次为步距、砂带线速度、预压量和进给速度？杉，当数控砂带抛光到分歧的表表状态时，各参数对TC4钛合金试件表表粗糙度及残存应力的影响权沉不尽一样。此表，即便抛光到一样的表表状态时，各参数对表表粗糙度和残存应力的影响权沉也不一样。

4、钛合金叶片数控砂带抛光成效

试造后，产品按现行检验规程进行表观、尺寸、频率及烧伤等查抄，了局均满足设计图样划定。经统计推算批注，选取数控砂带抛光的出产效能较手工抛光综合提高10%左右，劳动强度大幅降落，且叶型尺寸、产品质量及频率一致性好。为进一步评估数控砂带抛光对产品质量的影响，增长了以下对比检测分析。

4.1表表粗糙度对比

随机抽取1件数控砂带抛光、1件手工抛光的该叶片，丈量叶背、叶盆中央地位的表表粗糙度。数控砂带抛光的叶片丈量了局为叶背表表粗糙度值Ra=0.33μm、叶盆表表粗糙度值Ra=0.27μm，手工抛光的叶片丈量了局为叶背表表粗糙度值Ra=0.45μm、叶盆表表粗糙度值Ra=0.40μm，均满足图样划定的表表粗糙度值Ra＜0.8μm的要求。4.2表表纹理对比随机抽取1件数控砂带抛光、1件手工抛光的该叶片进行表表纹理检测，了局如图5所示。在观察领域内，数控砂带抛光的沟槽大部门是齐全的，不存在断续情况
；而手工打磨的叶片在观测领域内，条纹存在打断情况。另表，数控砂带抛光与手工抛光形成的都是沿着积叠轴方向的纵向纹理，纵向纹理相较于横向纹理更有益于提高叶片委顿寿命。

4.3金相、硬度对比

随机抽取数控砂带抛光、手工抛光的该叶片各1件进行理化试验，叶片剖面金相组织如图6、图7所示。对比两种规划加工的叶片剖面，可发现表层组织均未出现塑性流动景象，批注表层组织仍旧维持原有退火状态。在0.3kgf（1kgf≈9.8N）作用下丈量叶片表表及芯部硬度，检测了局见表9。数据显示表表硬度、芯部硬度相当，均切合设计图样要求。由此批注，数控砂带抛光工艺参数对产品组织无影响。

4.4残存应力对比

拔取数控砂带抛光、手工抛光的叶片各5件进行应力测试对比试验，拔取叶片的叶盆、叶背各4个点（见图8）进行丈量。对数控砂带抛光及手工抛光叶片零件各随机抽取5件，对其叶盆、叶背各4点处的残存应力进行丈量，了局如图9所示。由图9能够看出，数控砂带抛光及手工抛光残存应力类型都为对委顿寿命有益的压应力，且统一地位点的压应力值在肯定领域内颠簸，压应力能使委顿裂纹扩大速度降低，零件委顿服役寿命増加。

5、实现语

本文针对钛合金叶片数控砂带抛光过程中产生的悄谛凶粘附、填充于砂带砂？盏匾⒌谋肀碇柿坎罴吧丈说任侍，进行技术改革和工艺试验，选取单成分试验法钻研了工艺参数对表表粗糙度的影响法规，选取正交试验法钻研了工艺参数对表表粗糙度、残存应力的主次影响关系，获得了可领导出产工艺参数假造的经验数据。通过复杂型面的TC4钛合金叶片试造验证批注，数控砂带抛光能有效提升产品质量和出产效能，解决了手工抛光劳动强度大、粉尘传染沉和产品质量一致性差等问题，在航空发起机叶片表表抛光中拥有很好的技术优势和利用远景。

参考文件：

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