热门供应搜索:

所有新闻

你现在所在的位置:首页 > 资讯 > 所有新闻

一种螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削加工方法及设备

日期:2021/4/6
来源:中国研磨网—92期《中国研磨》杂志

   ■ 肖贵坚 1*,陈树林 1,黄云 1,2,甲花索朗 1,文仁涛 2

  (1. 重庆大学; 2. 重庆三磨海达磨床有限公司)

  摘要:本文提出一种螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削加工方法,并设计了鲨鱼皮表面加工设备,提高了螺旋桨表面的加工精度。经实际应用磨削试验表明:螺旋桨粗磨后叶盆的表面粗糙度从 0.805μm 到 1.524 μm,叶背表面粗糙度从 1.130μm 到 1.553 μm。可以实现在螺旋桨面类鲨鱼皮结构的加工,并开创了现有螺旋桨鲨鱼皮表面加工的方法,有利于实际生产与推广。

  引言

  船用螺旋桨是现今应用最为广泛,且最为重要的推进器部件之一,它靠桨叶旋转来提供推动力,具有较高的推进效率,其设计和制造水平会影响整机的工作性能、效率以及噪音等。船用螺旋桨的直径较大,且其叶片表面属于复杂曲面,面积较大,所以其设计与制造难度较高,其加工方法以及加工装备也一直是制造业中各科研单位的研究热点。

  现今船用螺旋桨的加工工艺过程大致可分为:毛坯浇注、铣削粗加工、叶面抛光。传统工艺中,螺旋桨叶面抛光是用人工修磨来完成的,不过随着数控技术和计算机技术的发展,目前针对船用螺旋桨叶片的加工多采用各式的数控机床来进行,其中因为砂带磨削的独特优势,砂带磨削已成为加工复杂型面的一个重要方向。

  针对螺旋桨叶片特有的复杂曲面,Vickers Geofrey W在 1977 年就利用计算机技术辅助进行了螺旋桨表面的计算,并进行了球头刀加工螺旋桨的相关研究;Hsing-Chia Kuo 和 Wei-Yuan Dzan系统地建立了螺旋桨叶片曲面铣削加工中的铣刀参数、加工步距和加工行距的数学模型,

  为螺旋桨叶片曲面加工参数的确定提供了可靠的理论依据;JAE-WOONG YOUN利用球头刀在五轴联动机床上通过粗加工、半精加工和精加工三步完成了螺旋桨表面的加工工作,提高了螺旋桨的加工精度和生产率;德国的 Metabo 公司开发了能够实现复杂曲面的恒压力磨削、仿形磨削和 NC 磨削的磨削方式的 MTS1000-6CNC 六轴砂带磨床。王知行和陈辉研究了加工螺旋桨的并串联多轴数控加工系统方案,提出并分析了加工整体螺旋桨的并串联多轴数控加工工艺方案。任秉银等使用球刀头改善了螺旋桨叶片曲面数控加工效率低的问题,在考虑铣刀加工半径等因素后,应用数学手段推导出了根据刀具运动包络面计算实际加工误差的方法。重庆大学黄云等对砂带磨削螺旋桨进行了大量研究,研发了四轴联动的螺旋桨数控砂带磨床,并讨论了不同的加工参数对船用螺旋桨叶片表面质量的影响,提出了砂带磨削加工螺旋桨的优化工艺。

  仿生学是一门由生物学与工程技术学交叉而来的一门新兴的重要学科。多年来,随着学术界对生物非光滑体表结构特征与功能特性以及仿生技术的不断研究,逐渐形成了著名的仿生非光滑理论。其中,“鲨鱼皮效应”得到了很大的关注,经过科学家的不断研究和探索,认识到了鲨鱼皮表面盾鳞上的微米级沟槽及其覆瓦式排列对体表运动流体具有一定的梳理整流作用, 从而能达到减阻降噪的效果。

  由以上的介绍可知,国内外众多学者已对螺旋桨叶片加工和仿生学进行了大量研究。本文以船用螺旋桨表面为研究对象,以鲨鱼皮表面为研究切入点,结合砂带磨削技术,提出船用螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削方法及其实验研究。

  研究对象,以鲨鱼皮表面为研究切入点,结合砂带磨削技术,提出船用螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削方法及其实验研究。

  螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削方法

  1.1螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削工艺

  为加工出螺旋桨鲨鱼皮表面,提出一种适合于复杂曲面加工仿生沟槽表面的磨削方法—磨头瞬时微进给磨削方法。该方法中提到的瞬时微进给概念主要是解决仿生沟槽表面的单元化问题;瞬时微进给就是磨头上的接触轮在按规定路径行进时,磨头上部气缸通过短时吸放气来推动接触轮沿垂直加工面方向进行微小行程的运动,从而实现对工件表面仿生结构的单元化;而具体的仿生沟槽是由砂带表面的磨粒切削工件表面形成的;该方法还解决了传统砂带磨削过程的不断进行而导致磨削条件恶化的问题。该方法如图1所示。

  图1 螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削加工方法

  本文提出的螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削加工方法具体步骤如下:

  a. 首先用机床粗磨出螺旋桨的成型表面;

  b. 在磨头沿桨面运动时,通过磨头接触轮上部气缸的瞬时吸气,放气推动接触轮沿垂直桨面方向进行微小放收运动,转动的砂带在桨面上磨削出类鲨鱼皮的微小单元,并按特定需求来控制时间间隔控制气缸来磨出完整的类鲨鱼皮表面。

  1.2螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削磨头的创新设计

  结合上述螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削方法,设计出鲨鱼皮表面砂带磨削加工设备。该设备主要由接触轮(1),接触轮支架(2),砂带(3),气缸杆套(4)和气缸(5)组成,如图 2 所示。为了磨出类鲨鱼皮表面的微元结构,特选用鼓状接触轮(如图 3 所示),在需磨螺旋桨鲨鱼皮表面时,利用气缸的瞬时收放气来达到瞬时微进给的控制。

  图 2 螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削装备结构示意图

  图 3 接触轮

  螺旋桨鲨鱼皮表面砂带磨削加工实验及结果分析

  2.1实验装备

  本试验在重庆大学和重庆三磨海达磨床有限公司联合研发的船用定桨数控铣磨复合机床上进行,如图 4 所示。该机床由底座、横向滑板、二级旋转台(夹持螺旋桨)、刀头总成(铣刀和磨头)、纵向升降台、旋转主轴和主轴动力系统组成。其加工是由二级旋转台带动螺旋桨进行的自转和俯仰,横向滑板带动二级旋转台进行左右运动,旋转主轴带动刀头的旋转运动以及纵向升降台带动旋转主轴进行上下移动这几部分构成。

  图 4 船用定桨铣磨复合机床

  2.2实验过程

  在铣削加工出螺旋桨表面后,便需进行初步的砂带磨削工作,主要是为了优化螺旋桨桨叶的表面质量,为后续利用金字塔砂带在船用螺旋桨桨叶表面磨削出仿生沟槽阶段提供坚实的基础。具体试验砂带磨削参数如表 1 所示。

  氧化铝堆积磨料砂带磨削船用螺旋桨过程与磨削后的桨叶表面如图 5 所示。

  图 5 螺旋桨粗磨阶段

  在粗磨削完成之后,运用 TR200 型手持式粗糙度仪在船用螺旋桨叶片表面进行粗糙度检测,每次任取 7 个点进行检测,总共检测 3 次。

  为在螺旋桨表面上加工出目标的仿生结构,不仅需采用上述提到的金字塔砂带,而且需采用具有微动压力的磨头来进行仿生沟槽结构的磨削。

  具体试验砂带磨削参数如表 2 所示。

  表 2 仿生表面砂带磨削加工实验参数

  2.3实验结果与分析

  通过对比铣削后的表面与粗磨后的表面,可看到本阶段的粗磨削在前一步铣削的基础上明显的改善了螺旋桨桨叶的表面质量。

  粗磨削后螺旋桨叶片表面粗糙度检测结果如图 6 和图 7 所示。

  图 6 叶盆粗糙度

  图 7 叶背粗糙度

  由图 6 和图 7 可知,粗磨之后叶盆的表面粗糙度从 0.805μm 到 1.524μm,叶背的表面粗糙度从 1.130μm 到 1.553μm。

  结论

  本研究采用新型砂带磨削方法,提出一种可在船用螺旋桨表面加工仿生沟槽特征的砂带磨削方法—磨头瞬时微进给仿生沟槽表面磨削方法,设计出具有微动压力的磨头机构,实现了对船用螺旋桨鲨鱼皮表面的加工。实验结果表明,螺旋桨表面砂带磨削粗加工后,螺旋桨桨叶的表面质量得到明显改善,且后续实验验证了砂带磨削方法在船用螺旋桨表面加工出仿生沟槽表面的可行性。此外,本研究还为现有螺旋桨表面特种加工技术提供了新的思路。

关键字:砂带
[责任编辑:小娜]
累计点击: 327 人次

热点推荐

[行业新闻]业绩预增30倍!又有中字... 4月8日晚间,有色板块蓝筹股中国...[详细]
[行业新闻]全球最大钻石珠宝零售商 ... 本周二,全球最大钻石珠宝零售商 ...[详细]
[行业新闻]2021年春季全国磨料磨...4月8日,2021年春季全国磨料磨...[详细]
[热点聚焦]新一轮惠企政策不断加码 ...中小微企业在经济社会发展中具有独特...[详细]
[相关行业]1-2月民营钢铁企业粗钢... 据全联冶金商会统计数据显示,20...[详细]
中研优势推广方式参展经历网站首页关于我们联系我们成长历程网站留言广告服务友情链接网刊订阅