航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的表面質(zhì)量是評(píng)價(jià)產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)。目前，一些復(fù)雜型面航空零件的邊緣倒圓、機(jī)加葉片零件表面的殘留刀紋去除仍未完全擺脫手工拋光方式，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。滾磨光整技術(shù)能有效地提高零件表面質(zhì)量等級(jí)，清除毛刺、刀痕等表面缺陷，還能使零件金屬表層產(chǎn)生微弱的塑性變形，改善表面殘余應(yīng)力狀況。當(dāng)前在一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件制造中應(yīng)用滾磨光整技術(shù)，已取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
       一、滾磨光整加工
       滾磨光整加工是將工件、磨塊和磨劑按一定混合比裝入滾筒中，當(dāng)滾筒運(yùn)動(dòng)時(shí)，在工件和磨塊間產(chǎn)生強(qiáng)大的擠壓力和強(qiáng)制流動(dòng)力，迫使磨塊對(duì)工件產(chǎn)生碰撞、滾壓、滑擦和刻劃，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的光整加工。
       1滾磨光整加工的類(lèi)型
       根據(jù)滾筒的運(yùn)動(dòng)方式，滾磨光整加工可分為以下幾種形式：
       （1）回轉(zhuǎn)式滾磨：滾筒作單一的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速n 必須小于某固定值，否則工件與磨料將緊貼在滾筒周壁，相互間不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)表面的光整加工。因此，這種加工方法效率低、質(zhì)量差，現(xiàn)已逐漸被其他方法所取代。
       （2）振動(dòng)式滾磨：滾筒作三維的空間振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工件和磨料在圓環(huán)形容器中沿螺旋軌跡運(yùn)動(dòng)，形成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。這種加工方法對(duì)細(xì)化表面質(zhì)量較好，對(duì)表面物理機(jī)械性能的改善不大，不適用于較大較長(zhǎng)的工件。
       （3）離心式滾磨：滾筒既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)作行星運(yùn)動(dòng)。這種加工方法可以獲得較高的加工質(zhì)量和加工效率。
       （4）主軸回轉(zhuǎn)滾磨：滾筒作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，夾持工件的主軸作逆向回轉(zhuǎn)。這種加工方法工件有固定的位置，當(dāng)滾筒與主軸選擇合適的相對(duì)轉(zhuǎn)速時(shí)，便可以獲得較好的加工質(zhì)量和較好的加工效率。
       （5）旋轉(zhuǎn)振動(dòng)式滾磨：滾筒兼具回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與空間振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式。磨料運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，更易加工一些復(fù)雜型面的大型工件。
       2滾磨光整的功能特點(diǎn)及適用范圍
       滾磨光整主要有以下特點(diǎn)：
       （1）操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，環(huán)境污染小；
       （2）可實(shí)現(xiàn)鑄鍛件的去飛邊、去氧化層和表面清潔處理，也可用于切削加工后零件去毛刺、棱邊倒圓和細(xì)化表面，降低表面粗糙度值；
       （3） 可適度改善表面應(yīng)力分布狀態(tài)；
       （4）對(duì)于內(nèi)孔、溝槽及凹陷表面的光整加工相對(duì)較難，對(duì)易變形、易磕碰零件需在光整過(guò)程中作防護(hù)處理。
       二、滾磨光整加工技術(shù)的應(yīng)用研究
       1離心式滾磨光整加工
       用于小型工件的尖邊倒圓搖臂是發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)葉片操縱系統(tǒng)中的傳動(dòng)件，材料為T(mén)C4，體積小。傳統(tǒng)工藝采用手工打磨方式進(jìn)行尖邊倒圓，倒圓質(zhì)量差，打磨痕跡明顯，嚴(yán)重的在放大鏡下可看出有溝槽存在，影響搖臂在工作中的傳動(dòng)平穩(wěn)性。研究中利用離心式滾磨光整設(shè)備（BJG-LL05 型光整設(shè)備），使零件在滾筒中自由擺放，選擇合適的磨料與磨液完成滾磨光整，并從表面形貌、表面粗糙度和疲勞壽命
方面進(jìn)行了對(duì)比。
       （1）表面形貌測(cè)試對(duì)比       搖臂板片光整前后尖邊倒圓情況用金相顯微鏡放大觀察，見(jiàn)圖1。
       未經(jīng)過(guò)光整加工的零件表面存在手工打磨痕跡，銳邊有些鋒利，槽內(nèi)有凸起點(diǎn)、毛刺等，經(jīng)滾磨光整加工后槽內(nèi)凸起點(diǎn)、毛刺、銳邊等均被光整至圓滑狀態(tài)，且表面紋理均勻。從圖1 可看出，原工藝尖邊倒圓不均勻，打磨紋理明顯。經(jīng)滾磨光整后的搖臂零件倒圓均勻、光滑，打磨紋理明顯消除。
       （2）表面粗糙度檢測(cè)對(duì)比
       用觸針式輪廓儀對(duì)滾磨光整前后的搖臂表面6 個(gè)點(diǎn)的粗糙度值進(jìn)行了檢測(cè)及對(duì)比，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。試件滾磨光整后表面粗糙度Ra 值平均降低0.35μm左右。
       （3）疲勞壽命測(cè)試情況
       疲勞壽命是在DC-660-5 電磁振動(dòng)臺(tái)上，在420MPa 交變應(yīng)力載荷作用下進(jìn)行測(cè)試的，對(duì)6 件搖臂的疲勞壽命測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3 所示。
       上述研究證明，采用新的滾磨光整加工工藝，改善了搖臂板片部位的棱邊質(zhì)量及表面粗糙度，通過(guò)疲勞壽命測(cè)試對(duì)比，滾磨光整后的試件疲勞壽命提高到原來(lái)的18 倍，證明通過(guò)滾磨光整改善表面質(zhì)量、棱邊質(zhì)量等表面完整性指標(biāo)，對(duì)提高零件疲勞性能是很有效的。
       2主軸回轉(zhuǎn)滾磨用于復(fù)雜型面的葉片
       葉身刀紋去除航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片型面復(fù)雜，經(jīng)數(shù)控銑削后留有銑加工痕跡，表面粗糙度及表面紋理無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。采用傳統(tǒng)的手工拋光方法由于受人為因素的影響，造成葉片型面幾何精度下降，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。由于壓氣機(jī)葉片型面薄，進(jìn)、排氣邊緣相當(dāng)于“尖邊”，光整過(guò)程中要注重保護(hù)葉片的幾何精度不變，尤其是保持葉片進(jìn)排氣邊緣的形狀不被破壞。研究中采用主軸回轉(zhuǎn)滾磨光整加工，綜合考慮了包括工件、夾具、設(shè)備、工藝參數(shù)、磨料及磨液、葉片進(jìn)排氣邊邊緣的保護(hù)方式等多項(xiàng)影響葉片光整質(zhì)量的因素，對(duì)葉身銑加工痕跡去除進(jìn)行了研究，并從表面形貌、表面粗糙度、棱邊質(zhì)量3 個(gè)方面進(jìn)行了測(cè)試。
       （1）表面形貌
       葉片光整前表面有明顯的縱向刀紋，光整后消除了銑削刀紋，并形成了均勻的P 型紋理（微觀魚(yú)鱗坑），對(duì)提高零件的耐磨性是非常有益的。
       （2）表面粗糙度值測(cè)試對(duì)比        用觸針式粗糙度儀，對(duì)滾磨光整前后的24 個(gè)點(diǎn)的粗糙度值進(jìn)行了檢測(cè)及對(duì)比，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。
       （3）葉片型面進(jìn)排氣邊緣形狀檢測(cè)
       進(jìn)排氣邊緣形狀用葉片白光測(cè)量?jī)x檢測(cè)，某截面檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5 所示。
       從圖5 可看出，葉片經(jīng)機(jī)械光整后完整地保留了數(shù)控銑后邊緣的形狀，葉片進(jìn)排氣邊緣圓滑轉(zhuǎn)接良好，圓滑的棱邊質(zhì)量可以降低氣流產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)，增加了葉片的抗疲勞性能。
       通過(guò)表面粗糙度檢測(cè)對(duì)比可知，葉片經(jīng)滾磨光整后表面質(zhì)量提高1~2 個(gè)等級(jí)；通過(guò)表面形貌測(cè)試對(duì)比可知，光整后消除了銑削刀紋，并形成了均勻的P 型紋理（微觀魚(yú)鱗坑），這種表面紋理對(duì)提高零件的耐磨性是非常有益的。通過(guò)對(duì)葉片進(jìn)排氣邊緣即棱邊質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)可知，滾磨光整完整地保留了數(shù)控銑后邊緣的形狀，葉片進(jìn)排氣邊緣圓滑轉(zhuǎn)接良好。
       3旋轉(zhuǎn)振動(dòng)式滾磨應(yīng)用
       某機(jī)篦齒盤(pán)故障率高，表面孔邊緣質(zhì)量一直不穩(wěn)定，前工序經(jīng)車(chē)加工后表面應(yīng)力狀態(tài)為拉應(yīng)力，為了改善表面應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)改善零件表面質(zhì)量，采用旋轉(zhuǎn)振動(dòng)式滾磨光整方式對(duì)盤(pán)件進(jìn)行光整。
       （1）表面形貌檢測(cè)對(duì)比
       對(duì)篦齒盤(pán)進(jìn)行光整加工，光整前后的宏觀對(duì)比可知光整后車(chē)削刀紋及毛刺等表面缺陷已去除，所有棱邊圓角光滑一致。圖6 是在放大180 倍的顯微鏡下觀測(cè)到的表面紋理。從圖片中可以明顯看出，在經(jīng)過(guò)滾磨光整后表面加工（拋修）痕跡明顯去除，形成均勻的加工紋理。
       （2）表面殘余應(yīng)力狀態(tài)檢測(cè)
       對(duì)滾磨光整前后兩種狀態(tài)的5 個(gè)點(diǎn)的表面應(yīng)力狀態(tài)檢測(cè)對(duì)比，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7 所示。從圖7 可知，光整后表面應(yīng)力狀態(tài)改善效果明顯，應(yīng)力由車(chē)加工的拉應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)，平均壓應(yīng)力值為-458MPa。
       （3）表面粗糙度檢測(cè)
       對(duì)滾磨光整前后的粗糙度值進(jìn)行了檢測(cè)及對(duì)比，光整后表面質(zhì)量平均提高一個(gè)等級(jí)。篦齒盤(pán)經(jīng)滾磨光整后所有棱邊圓角光滑一致，目視
檢查加工刀痕及毛刺等表面缺陷已去除。篦齒盤(pán)的表面殘余應(yīng)力由車(chē)加工的拉應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)，粗糙度平均提高一個(gè)等級(jí)，改善了篦齒盤(pán)表面的完整性，提高了篦齒盤(pán)的抗疲勞性能。
       結(jié)束語(yǔ)
       以上開(kāi)展的滾磨光整加工技術(shù)應(yīng)用研究是針對(duì)不同的典型零件特點(diǎn)及工藝要求進(jìn)行的，研究表明，滾磨光整加工不僅能有效地提高零件表面質(zhì)量等級(jí)，清除毛刺、加工刀痕等表面缺陷，改善表面形貌及棱質(zhì)量，而且可以改善表面殘余應(yīng)力狀態(tài)，使零件表面形成均勻的壓應(yīng)力狀態(tài)，以上技術(shù)指標(biāo)的改善對(duì)提高零件的表面完整性，進(jìn)而提高零件的抗疲勞性能具有明顯的效果。因此，滾磨光整加工技術(shù)是一項(xiàng)值得推廣和應(yīng)用的新技術(shù)、新工藝。