手工打磨拋光已成葉片發(fā)展瓶頸

裝備制造業(yè)是一個(gè)國家建設(shè)的基石，擁有渦輪動(dòng)力裝置制造技術(shù)更是一個(gè)強(qiáng)國的標(biāo)志，而渦輪式動(dòng)力裝置的核心零件就是葉片。

工作狀態(tài)的葉片表面光潔度越高越好，表面質(zhì)量、一致性影響到裝備的能量轉(zhuǎn)換效率。

據(jù)悉，一般用于加工核電、火電等電站用汽輪機(jī)葉片形面加工的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是渦輪設(shè)備制造領(lǐng)域的高檔關(guān)鍵設(shè)備。葉片從形態(tài)上看是復(fù)雜薄壁類零件，型面為空間自由曲面，曲率變化大，在數(shù)控銑削加工后易發(fā)生變形，導(dǎo)致無法采用常規(guī)方法進(jìn)行表面精加工。

隨著能源、動(dòng)力裝置的功率不斷增大，為了獲得更好的空氣動(dòng)力學(xué)效果，最大限度地提升單位體積的功率，葉片型面向著更加彎、扭、掠，曲面更加復(fù)雜的方向發(fā)展。

據(jù)了解，一些復(fù)雜型面的葉片，如果不夠光滑，不符合空氣動(dòng)力，除了耗費(fèi)大量的人力資源，也易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至影響發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能與壽命。采用傳統(tǒng)的手工打磨拋光方式，已經(jīng)不能滿足先進(jìn)葉片制造質(zhì)量的要求。

手工打磨拋光會(huì)破壞前序用價(jià)值高昂的五軸銑加工出葉片的精確型面。

先進(jìn)的五軸銑削設(shè)備與手工打磨拋光在工藝水平上的不匹配，已經(jīng)成為制約葉片行業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。這在以核電葉片為代表的大型葉片和以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為代表的小葉片制造過程中，體現(xiàn)尤為突出。

對于以核電汽輪機(jī)葉片為代表的大型葉片來說，體積巨大(我國CAP1400型壓水堆核電機(jī)組的末級葉片長度超過2米，重量大于280公斤)、型面復(fù)雜、精度要求高，采用手工打磨拋光越來越困難，效率低下，加工質(zhì)量難于保證，從而影響通流、影響熱效率；此外手工打磨拋光葉片一致性差，從而影響動(dòng)平衡、影響機(jī)組運(yùn)行安全。

而對于以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為代表的小葉片來說，又成為另一個(gè)極端，葉片長度多小于100mm，型面彎、扭、掠，進(jìn)排氣邊厚度只有0.1—0.2mm(1—2張百元紙幣厚度)，綜合輪廓誤差<0.05mm，手工磨削拋光很容易造成葉片燒傷和輪廓破壞，型面精度根本不能保證。發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面制造質(zhì)量正是影響我國發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平，進(jìn)而影響各類飛機(jī)性能的關(guān)鍵因素。

國產(chǎn)機(jī)床實(shí)現(xiàn)“以柔克剛”

要改變?nèi)斯伖鈳淼谋锥耍荒芸繖C(jī)器打磨了，但這種數(shù)控砂帶磨床被國外壟斷，只有德國等幾個(gè)國家擁有該項(xiàng)技術(shù)。

看似多了一個(gè)軸，但多出來的研發(fā)難度卻是幾倍遞增。在準(zhǔn)確的位置用合適的力度切除材料，這和所有的機(jī)械加工原理是一樣的，但能否將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡和磨削壓力在時(shí)間和空間上精確配合，是最大的挑戰(zhàn)。

數(shù)控機(jī)床被譽(yù)為制造工業(yè)的“大腦”。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)以及人工智能開始用于評估、預(yù)測、模擬、優(yōu)化以及控制磨削過程。通過數(shù)控、自動(dòng)化以及人工智能技術(shù)改進(jìn)砂輪磨削、砂帶磨削工藝，使磨削工藝能夠自控、穩(wěn)定、環(huán)保且更適合于高效率的批量生產(chǎn)。

同時(shí)，各部位拋光需要機(jī)床的運(yùn)動(dòng)形式、規(guī)格參數(shù)差異很大，在同一個(gè)機(jī)床上完成葉片不同部位的拋光較難實(shí)現(xiàn)。因此，多工位、多種加工方式并行的工藝策略更適合于葉片全部位的拋光。