GH4169材料磨削后数控抛光表面完整性试验研究

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1、G1-14169材料磨削后数控抛光表面完整性试验研究术高世民。全芳。陈志同(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)[摘要】针对航空发动机叶片材料GH4169高温合金，采用CBN砂轮磨削后进行羊毛毡轮数控抛光。首先，研究了抛光预压量对抛光轮寿命和工件表面粗糙度的影响，找到了抛光轮寿命的评价方法和优化的预压量；然后，研究了抛光深度对磨削后GH4169表面完整性的影响。结果表明：表面粗糙度R。随抛光深度的增加先减小后稳定，表面显微硬度HV随抛光深度的增加呈显著下降趋势，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。最终试验

2、优选出了深度参数为29m，预压量0．5～1．0mm。采用羊毛毡轮对GH4169磨削表面进行抛光，既能达到较小的表面粗糙度值(R。=o．39m)，又可以有效维持CBN砂轮磨削形成的两个方向较大的表面残余应力。关键词：GH4169；CBN磨削；数控抛光；表面完整性DOI：10．16080／j．issnl67l一833x．2016．23／24．052高世民北京航空航天大学硕士研究生，研究方向为难加工材料表面完整性、叶片类薄壁件加工变形。}基金项目：国家重大科技专项(2013ZX04001051)。52航空制造技术-2016年第23／24期GH4169高温合金广泛应用于航空、航天高温部件

3、中，如航空发动机压气机叶片¨】，其在一253—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[2]。对叶片的加工精度与表面完整性要求都极高。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f3】。磨削可实现微量去除，加工精度高，能够获得较好的表面质量。叶片磨削后抛光是有效提高表面完整性的方法14J。目前高温合金的抛光主要由手工完成，抛光过程较为复杂[5-6]一致性差、效率低、工作环境恶劣【．”。数控抛光可以有效地规避此类缺点怫】。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。抛光的主要作

4、用是去掉上道工序留下的加工纹路，减小或消除加工变质层。在实际的羊毛毡轮抛光中，针对叶片材料GH4169，抛光深度的选择对表面完整性影响较大。因此，研究羊毛毡轮数控抛光工艺对GH4169高温合金表面完整性的影响很有意义。本文以羊毛毡轮数控抛光中表面完整性为目标，研究抛光层数优化问题，以期为高温合金数控抛光和表面完整性研究提供试验数据与理论分析。GH41的磨削抛光试验1试验材料试验所用材料为锻造的镍基变形高温合金GH4169，采用标准热处理制度：965oC、lh，空冷+720℃、8h，以50℃／h炉冷至620oC、8h，空冷。试块大小为60mm×40mm×60mm，其基本力学性能如表

5、1所示。2试验设备№。。。．。恂晌咖。qof帅。。。㈨。。l。先进材料加工与制造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1．5mm；磨削液采用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vr=400mm／min，v，=30．16m／s，二者方向相同，4道工序切深、切宽各不同。此磨削工艺采用以表面完整性为目标优化后的参数。磨削完成之后，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25ram羊毛毡轮，如图2所示；冷却方式为气冷；采用WI金刚石研磨膏；经过表面粗糙度优选，抛光T

6、艺参数为vf=300mm／min，肝=20000r／min，w=O．25mm。抛光路径示意如图3。3表面完整性试验过程首先进行羊毛毡轮的抛光磨损试验。由于羊毛毡轮采用天然羊毛表1GH4169室温基本力学性能温度弹性屈服抗拉硬度模量强度，℃HBSE{crPa‰。IMPaa棚VIPa]气205I22(114411346_H●图1CBN砂轮精磨表面显微照片Fig．1MicrographofCBNfinish—grindingsurface图2羊毛毡抛光轮Fig．2Woolfeltwhee制成，故在抛光过程中耐磨性较差，较易磨损。表面质量与预压量密切相关I91，试验研究了不同预压量对表面

7、粗糙度的影响，并探讨了抛光面积对羊毛毡轮磨损的影响。其中，磨损量是羊毛毡轮初始半径与磨损后半径之差。其次，试件磨削完成后，进行不同深度的抛光，测量其表面粗糙度、表面显微硬度、表面残余应力。表面粗糙度测量使用TaylorHobson轮廓仪，表面粗糙度值为垂直于进给方向。其中，取样长度为o．8mm，评定长度为4ram，测量值为轮廓算术平均偏差尺。，以下称为表面粗糙度R。。表面显微硬度的测量采用HV—1000维氏显微硬度测量仪。其中，试验力选择0．2kg(1．961N)，载荷保持时间1