滚磨光整加工改善航空发动机典型零件表面完整性的理论及实验研究

Based on the service conditions of typical aero-engine parts, the project synthetically applies machinery manufacturing science, material science, analytical chemistry, mechanics theory, simulation technology, advanced testing and experiment analysis methods, researching all evaluation indexes and mutual influence mechanism of the part's surface integrity; researching the microcosmic and interactional mechanism of finishing mediums such as flow rule, wall effect, instantaneous gap, motion tendency and compulsive flow; simulating the medium's flow characteristic, instantaneous velocity, contact force, contact frequency and energy; researching the direct influence rules of barrel finishing technology on the single evaluation index of surface integrity and comprehensive influence rules on all evaluation indexes. It has positive role in improving product quality of aviation and aerospace field and so on. Research results can be extended to the deburring and finishing of superplastic materials in other fields, which will produce positive influence on the further development of precision surface finishing technology.

基于航空发动机典型零件的服役工况，综合应用机械制造科学、材料科学、分析化学、力学理论、模拟技术、先进测试和试验分析方法，研究零件表面完整性综合评价指标及其相互约束机制；研究加工介质的绕流随流规律、壁面效应、瞬时空区、运动趋向性、强制流动等微观作用及其复合作用机理，模拟介质的流动特征、瞬时速度、接触力、接触频率、接触能量等变化规律；分析滚磨光整工艺对表面完整性单项指标的直接影响和对各项指标的综合制约规律，对提高航空航天等领域产品质量和促进经济发展具有积极的作用。研究成果可推广到其它领域超塑性材料的去毛刺和光整加工，对精密表面光整技术的进一步发展产生积极的影响。

项目的研究是针对航空发动机典型零件的服役工况及其对光整加工的实际需求，属于自由磨具光整加工领域。项目整体研究按计划任务书执行，研究过程中，分析了航空发动机典型零件的特征及其表面完整性，初步拟定了滚磨光整工艺方案；进行了立式振动式滚磨光整加工的理论推导，确定了微观运动机理，并进行了实验验证，在改造立式振动式滚磨光整设备的基础上采用动态式压力传感器测试分析了立式振动式滚磨光整加工过程中的作用力情况；通过EDEM软件对卧式和立式两种离心式滚磨光整加工工艺进行了离散元模拟，分析了加工介质的流动特征、速度、接触力、接触能量等，使用ABAQUS/Explicit软件分析了立式离心式滚磨光整加工中不同参数下工件表面残余应力场的分布规律，进行了钛合金试件的表面粗糙度、表面硬度、表面微观组织、表面残余应力等表面完整性指标测试实验；针对航空发动机叶片零件，在拟定光整工艺方案、试制工装部件和改进控制系统的基础上，通过EDEM软件模拟分析了不同加工参数对加工效果、尤其是加工均匀性的影响规律，进行了大量基础实验，提出了叶片光整加工新工艺方案，确定了加工效果和加工效率。另外，研究过程中考虑不同类型零件的实际光整需求，提出了螺旋摆线式滚磨光整加工新工艺，用于实现齿轮类零件的光整加工；提出了强制振动复合约束流场滚磨光整加工新工艺，用于实现箱壳类零件的光整加工；提出涡流式滚磨光整加工新工艺，用于实现孔表面的光整加工。研究结果对提高航空航天等领域产品质量和促进经济发展具有积极的作用。研究方法可推广到其它零件的去毛刺和光整加工，对精密表面光整加工技术的进一步发展产生积极的影响。项目研究过程中共发表论文5篇（含已录用），EI收录2篇，参加国际和国内学术会议各1次，申请发明专利1项，拟申请发明专利1项。