航发叶片型面的自适应几何偏差砂带磨削方法及其关键技术研究

This project is aimed at the technical bottleneck in precision processing for margin of aviation engine blade with no allowance after precision forging in China, it systematically researches the basic theory and key technologies for self-adaptive geometric deviation abrasive belt grinding of aviation engine blade with no allowance after precision forging. The main research includes: .①the abrasive belt grinding characteristics of commonly used materials for aviation engine blade such as titanium alloy and high temperature alloy;.②geometric deviation mathematical modeling method of aviation engine blade;.③adaptive geometric deviation correction methods;.④the seven shaft linkage blade NC abrasive belt grinding motion control method;.⑤the material quantitative removing methods based on flexible grinding technology;.⑥the vibration suppression method in the thin blade grinding;.⑦the blade self-adaptive processing method and key technology, based on online measurement;.⑧develop a perfect function, friendly interface software system of aviation engine blade NC abrasive belt grinding. .Through this project, it can solve the technical problems for precision machining of surface of aviation engine blade margin with no allowance after precision forging, provide theoretic support for the development of seven shaft linkage blade NC abrasive belt grinding machine and lay solid foundation for improving the processing quality of aviation engine blade.

本项目针对制约我国航空发动机精锻叶身无余量叶片边缘精密加工的技术瓶颈，系统地研究精锻无余量叶片边缘自适应几何偏差砂带磨削方法的基本理论及其关键技术。主要研究内容：钛合金及高温合金等航空发动机叶片常用材料的砂带磨削特性、叶片边缘几何偏差数学建模方法、自适应几何偏差修正方法、七轴联动叶片数控砂带磨削运动控制方法、基于柔性磨削技术的材料定量去除方法、极薄型叶片磨削过程中颤振抑制方法、基于测量技术的叶片自适应加工技术等方法及关键技术，开发功能完善、界面友好的航空发动机叶片数控砂带磨削软件系统。通过本项目的研究，解决航空发动机精锻叶身无余量叶片边缘表面精密加工的技术难题，为七轴联动叶片数控砂带磨床的研制提供理论支撑，从而为提高航空发动机叶片的加工质量奠定坚实的基础。

叶片作为航空发动机最关键的零件之一，其型面轮廓精度、加工表面质量及产品一致性直接决定了航空发动机的性能水平和使用寿命。当前，国内外航发叶片的型面修正和进排气边缘精加工普遍采用手工修磨，其加工效率极低、作业环境恶劣且制造精度难以保证。本项目针对制约我国航空发动机精锻叶身无余量叶片边缘精密加工的技术瓶颈，系统地研究了精锻无余量叶片边缘自适应几何偏差砂带磨削方法的基本理论及其关键技术。. 通过对钛合金、高温合金等难加工材料砂带磨削机理的研究，获得了砂带磨削工艺参数对表面完整性、砂带磨损的影响规律，并建立了相应的数学预测模型；进行了基于测量技术的多误差源几何偏差建模方法研究，分析并建立了叶片的数值化检测及其重构模型，并在此基础上对其加工误差进行了补偿；进而通过自适应几何偏差修正方法的研究，建立了航发叶片砂带磨削的接触廓形模型，在此基础上分析了叶片接触压强分布及其影响规律，提出了面向几何偏差的精准去除方法；研究了自适应磨削模型、七轴运动控制方法和磨削结构分析与优化等自适应控制关键技术。通过上述内容的研究，解决了航空发动机精锻叶身无余量叶片边缘表面精密加工的技术难题，开发了功能完善、界面友好的航空发动机叶片数控砂带磨削软件系统，同时将相关技术及软件成功应用于30台（套）航发叶片自适应数控砂带磨削装备。. 项目研究成果为国内中航动力股份有限公司、沈阳黎明航空发动机有限公司等单位成功地解决了50余类型号的叶片精密磨削难题。经过应用研究，叶片全型面磨削后表面粗糙度Ra≤0.4μm，距排气缘3mm范围内的叶片型面轮廓度≤0.06mm，加工的叶片在航空发动机整机的气流动力学实验当中提高其性能2%，并荣获中国航空工业集团的嘉奖。同时，相关关键技术成果也推广应用至舰船螺旋桨、雷达天线等高性能构件精密制造领域，形成了一套具有自主知识产权的系统化解决方案，对我国航空、航天、舰船等行业的发展具有重大推动作用和战略意义。