航发关重件形性协同滚抛工艺研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29860

航空发动机高性能制造专栏

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航发关重件形性协同滚抛工艺研究进展

李秀红¹, 王兴富¹, 李文辉²(), 陈海滨¹^,³, 杨胜强¹^,³

^1.太原理工大学机械与运载工程学院，太原 030024
^2.太原理工大学航空航天学院，晋中 030600
^3.廊坊市北方天宇机电技术有限公司，廊坊 065000

收稿日期:2023-11-09 修回日期:2023-12-02 接受日期:2023-12-29 出版日期:2024-07-15 发布日期:2024-01-24
通讯作者: 李文辉 E-mail:wenhui_li7190@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(51975399);中央引导地方科技发展资金(YDZJSX2022A020)

Research progress on precision and performance synergistic finishing for aerospace engine critical components

Xiuhong LI¹, Xingfu WANG¹, Wenhui LI²(), Haibin CHEN¹^,³, Shengqiang YANG¹^,³

^1.College of Mechanical and Vehicle Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
^2.College of Aeronautics and Astronautics，Taiyuan University of Technology，Jinzhong 030600，China
^3.North Tianyu Electromechanical Technology Co. ，Ltd. ，Langfang 065000，China

Received:2023-11-09 Revised:2023-12-02 Accepted:2023-12-29 Online:2024-07-15 Published:2024-01-24
Contact: Wenhui LI E-mail:wenhui_li7190@126.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(51975399);Central Government Guides Local Foundation for Science and Technology Development(YDZJSX2022A020)

摘要/Abstract

摘要：

形性协同加工是实现航发关重件高寿命、高可靠性的重要途经，也是当前制造领域最具挑战的工程难题之一，其中形性协同滚抛（又称“滚磨光整加工”）工艺是解决这一难题极具潜力的手段之一。基于此，综合国内外文献资料，对形性协同滚抛工艺基本理论及航发关重件应用的研究现状进行分析，首先概述了形性协同滚抛工艺基本内涵和研究历程，其次从颗粒动力学行为、加工介质影响、材料去除机制及模型等方面阐述形性协同滚抛工艺基本理论的研究现状，接着从形性协同滚抛效应、喷丸-滚抛组合效应以及新方式新工艺等方面介绍了形性协同滚抛工艺在提高叶片、整体叶盘、机匣、轴承以及齿轮等航发关重件性能的应用现状，最后对形性协同滚抛工艺进行总结和展望，以期为航发关重件形性协同滚抛的进一步发展提供借鉴和参考。

关键词: 航发关重件, 形性协同滚抛, 表面完整性, 加工介质, 材料去除

Abstract:

Precision and performance synergistic processing （PPSP） is an important way to attain the high-lifetime and high-reliability demanded by aerospace engine key components. Undoubtedly， it is also one of the most challenging engineering problems in current manufacturing field， wherein Precision and Performance Synergy Finishing （PPSF）， also known as “mass finishing”， is one of the most promising means to solve this problem. Based on this， PPSF technology and the current research status of the application of aero-space engine key parts are analyzed in this article， combining domestic and foreign literature. Firstly， an overview of the basic connotation and research process of PPSF technology is provided. Secondly， the research status of the basic theory of this technology is elaborated from the aspects of particle dynamics behavior， the influence of processing media， as well as material removal mechanisms， and models. And then， the current application status of this technology in improving the performance of aerospace engine key parts such as blades， blisks， casings， bearings， and gears is introduced from the aspects of PPSF effect， shot peening PPSF combination effect， as well as novel methods and processes. Finally， a summary and outlook on this technology are presented in order to provide reference and guidance for the further development of PPSF of aerospace engine key parts.

Key words: aerospace engine critical components, precision and performance synergistic finishing, surface integrity, processing media, material removal

中图分类号:

V261.2

李秀红, 王兴富, 李文辉, 陈海滨, 杨胜强. 航发关重件形性协同滚抛工艺研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(13): 629860-629860.

Xiuhong LI, Xingfu WANG, Wenhui LI, Haibin CHEN, Shengqiang YANG. Research progress on precision and performance synergistic finishing for aerospace engine critical components[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(13): 629860-629860.

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

航发关重件	形性协同滚抛工艺加工工序	目前用于解决的工程难题
叶片	砂轮抛光或砂带抛光等精加工工序后，表面处理前进行	转子叶片：降低叶片表面粗糙度值，改善表面应力，提高叶片疲劳强度静子叶片：适当降低表面粗糙度值，消除加工表面部分加工应力，显现叶身型面、缘板流道面的加工痕迹（叶身型面不允许有加工痕迹），并适当消除加工痕迹
整体叶盘	叶片精抛光后进行	降低表面粗糙度值，表面均匀一致性，并产生残余压应力，提高叶片疲劳强度
齿轮	喷丸强化后进行	降低表面粗糙度值，降低齿面对工作接触的敏感性
航发机匣	机加工工序后进行	环形机匣：降低内外表面粗糙度值，去除机匣外表面铣削加工产生的毛刺箱体机匣：内腔多余物清理，降低内腔表面粗糙度值
轴承	磨削或精研工序后进行	降低表面粗糙度值，去除表面色差、保证整体均匀一致性

零件	滚抛运动方式	表面完整性优化指标			服役性能
零件	滚抛运动方式	表面粗糙度Ra值	残余应力	显微硬度	服役性能
叶片	主轴式、振动式	0.2~0.25 μm	约-400~-800 MPa	O	疲劳寿命提升10倍以上^［89］
整体叶盘	主轴式、振动式	Ra≤0.25 μm	最大值达-800 MPa 深度可达100 μm以上	O	疲劳频率提高35%^［94］
齿轮	振动式、主轴式	Ra≤0.2 μm	约-697~-917 MPa 深度约80 μm	略有提升	工作温度下降约13%^［96］疲劳寿命提高5.3~5.6倍^［97］振动降低9.1%~24.7%，噪声略有降低^［98］
环形机匣	振动式	O	约-300~-500 MPa	O	O
轴承套圈	离心式、振动式、主轴式	0.02~0.03 μm	约-800~-1 800 MPa 深度可达80 μm	略有提升	疲劳寿命提高90%左右^［104］
轴承滚子	涡流式、振动式	Ra≤0.03 μm	O	O	O

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航发关重件形性协同滚抛工艺研究进展

Research progress on precision and performance synergistic finishing for aerospace engine critical components

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