GH4169材料磨削后数控抛光表面残余应力分析

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1、RESEARCH研究论文GH4169材料磨削后数控抛光表面残余应力分析高世民，全芳(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)【摘要】数控抛光能够达到一致性较高的表面粗糙度要求。试验研究了羊毛毡轮数控抛光层数对磨削后GH4169表面残余应力的影响，进给方向表面残余正应力随深度增加先升高后下降，而垂直进给方向表面残余正应力先基本不变后下降，优化抛光层数为3层。针对磨削后抛光工艺，提出了“加强筋”模型，将羊毛毡轮抛光过程分为两个阶段，解释了抛光对表面残余应力的影响机理，并改变抛光参数进行了

2、初步的试验验证。关键词：GH4169；抛光；表面完整性；表面残余应力CNCPolishingSurfaceResidualStressAnalysisforGH4169AfterGrindingGAOShimin．QUANFang(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity,Beijing100191，China)IABSTRACTlCNCPolishingcanhavealowroughnesswithahighcons

3、istency．TheinfluenceofCNCpolishingofwoolfeltwheelonresidualstressisinvestigated．Thenormalresidualstressinthefeeddirectionshowsatrendfromrisetode—cline，whileintheverticalfeeldirectionitstaysunchangedbasicallyandthendecreases．Theoptimizedtimesofpolishing

4、is3．The“ReinforcingBar”modelisputforwardinordertoexplaintheimpactontheresidualstressfrompolishing．．An—otherpolishingexperimentisconductedforverifyingroughlytheimpactrelation，Keywords：GH4169；Polishing；Surfaceintegrity；SurfaceresidualstressDoI：10．16080／j

5、．issnl671-833x．2017．07．097GH4169高温合金在一253～700℃温度范围内具有良好的综合性能，抗疲劳、抗腐蚀、抗氧化性能高⋯，广泛应用于航空发动机压气机叶片【2]。表面残余应力是表面完整性中一项重要指标，表面完整性被认为与零件的使用性能，尤其是与疲劳寿命密切相关口】。磨削可实现微量去除，加工精度高，能够获得较好的表面粗糙度。磨削之后抛光工艺是有效提高表面完整性的方式[41。目前针对高温合金的抛光主要由手工完成，抛光过程是一种复杂的作业过程[5-6]o手工抛光一致性差，效率

6、低，且工作环境恶劣o”。数控抛光工艺可以有效地规避此类缺点隅】。数控抛光工具羊毛毡轮采用天然羊毛纤维压制而成，纤细柔软的羊毛纤维极少损伤加工表面，因此能够得到较好的表面质量。某发动机叶片采用磨削和抛光的工艺进行加工，抛光的主要作用本是去掉上道工序留下的加工纹路。但在实际的羊毛毡轮抛光中发现，针对叶片材料GH4169，不同的抛光层数对表面完整性指标之一的表面残余应力影响较大。因此，确定合适的羊毛毡轮抛光层数意义重大。本文涉及羊毛毡轮数控抛光中以残余应力为目标抛光层数为参数的优化问题，且根据对试件的显微

7、观察、应力测试、力学分析，提出抛光工艺的“加强筋”模型以及抛光两个阶段的划分，为抛光对表面残余应力的影响机理提供一种解释，有利于羊毛毡轮数控抛光工艺的研究。1试验过程1．1试验材料试验所用的变形高温合金GH4169，热处理制度为标准热处理制度：965oC，lh，空冷+720。C，8h，以50。C／h炉冷至620％，8h，空冷。其基本力学性能见表1。试块大小为60rnm×40ramX60rnm。1．2试验设备磨削试验采用五轴立式磨床；采用CBN200#西16mm砂轮，轴向圆弧半径为1．5mlTl；磨削

8、液采用Blaser高速磨削油。磨削工序为粗磨+半精磨+半精磨+精磨，4道工序走刀路径皆为单向顺磨，进给速度皆vf=400mm／min，Vc=30．16m／s，二者方向相同，切深切宽各个不同。此磨2017年第7期·航空制造技术97研究论文RESEARCH削工艺采用以表面完整性为目标优化后的参数。磨削完之后，试件表面显微照片如图1所示。抛光试验采用三轴立式高速磨床；采用西25mm羊毛毡轮，如图2所示；冷却方式为气冷；采用w1的金刚石研磨膏；抛光工艺参数，经过表面粗糙度优选