镍基高温合金高效成型磨削的研究进展与展望.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaFeb．252014V01．35No．2351．360ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．ca镍基高温合金高效成型磨削的研究进展与展望徐九华1’2一，张志伟1’2，傅玉灿1’21．南京航空航天大学机电学院，江苏南京2100162．江苏省精密与微细制造技术重点实验室，江苏南京210016摘要：镍基高温合金因其优异的高温强度、热稳定性和抗疲劳特性，被广泛应用于航

2、空发动机的核心部件，该材料机械加工性差，成型加工更加困难。本文阐述了镍基高温合金高效磨削工艺的研究现状，找出了成型磨削加工应用中存在的瓶颈，并对现有的解决方法加以剖析；提出以确保成型面具有相同单颗磨料切厚为目标优化成型砂轮磨粒排布，并与高效深切磨削工艺(HEDG)相结合的构想，以达到进一步挖掘高效成型磨削技术在航空难加工材料成型加工中潜力之目的。关键词：镍基高温合金；磨削；高效成型磨削工艺(HEPG)；单颗磨粒切厚；有序排布成型砂轮；磨削烧伤；轮廓精度中图分类号：V261．99；TG580．61文献标识码：A文章编号：

3、1000—6893(2014)02—0351一10随着人们对航空发动机性能要求的不断提高，其核心部件的材料从最初的铁、铝发展至钛合金和镍基高温合金等，以达到发动机压力比、进口温度、燃烧室温度以及转速的要求uJ。镍基高温合金凭借其高强韧性，优异的抗蠕变性能，耐腐蚀和耐氧化性能，成为当前应用最广泛的发动机高温部分核心材料。同时，镍基高温合金的制造工艺也经过了从锻造、铸造、定向结晶、单晶到粉末冶金的发展过程。虽然当今发动机核心材料有向复合材料发展的趋势，但由于复合材料生产、加工工艺的局限性，镍基高温合金还将长期使用，因此仍具

4、有很大的研究需求口‘2]。镍基高温合金在航空发动机内部的典型应用对象为涡轮叶片，而用于固定叶片的榫齿部分则为加工的难点。硬质合金成型铣刀无法有效加工镍基高温合金叶片榫头榫槽，表现为切削时刀具磨损快，工件表面质量较难达到要求，并且工件轮廓精度难以保证；同时普通往复磨削也无法实现高效磨削榫槽、深沟槽，表现为砂轮磨损速度快，工件表面易出现烧伤现象。发明于20世纪50年代的缓进给磨削工艺(CFG)最终解决了这个难题，该工艺大幅提高了镍基高温合金的加工质量、加工精度和加工效率，节约了加工成本，并在成功解决磨削烧伤理论和工艺稳定性

5、问题后，实现了在航空加工领域实际生产中的推广[3q]。随着人们对镍基高温合金加工效率和加工质量要求的进一步提高，在最近的30余年间，人们在磨削工艺、砂轮技术以及冷却技术等方面进行了深入研究，并取得了很大突破[311I。此外，在磨削工艺进步的同时，硬态车削、高速切削技术以及拉削技术在难加工材料加工方面也同样取得了较大发展[12

6、。然而在新型高强韧，低热导率等难加工材料成型切削加工时，因刀具磨损剧烈，工件的加工质量和加工精度仍然很难收稿日期：2013．07—17；退修日期：2013-10-09；录用El期：2013—10—

7、14；网络出版时间：2013·10—2917：12网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V20131029．1712002htmI基金项目：国家自然科学基金重点项目(51235004)；江苏省高校优势学科建设工程(PAPD)*通讯作者．Tel．：025—84896511E—mail：jhxu@nuaa．educn载磺椿武lxuJH．ZhangzW．FuYC．Rev『ewandprospectonhighefficiencyprofilegrindingofnickel-based

8、superalloysfJJ．ActaAero—nauticaetAstronauticaSinica．2014．35(2)：351．360。徐丸华．张志伟．傅玉烛．镰基高温合金高效成型磨彀的研究进展与展望[J]．航空学报，2014，35(2)：351—360．航空学报Feb．252014VoI35No2保证；使用拉削工艺时，由于刀具准备和维护，以及调试的复杂性，使得加工成本高并缺乏灵活性。而磨削方式仍具有无可比拟的优势，其加工精度和表面质量还是优于其他加工方式，且无需进行去毛刺等工序，这些因素确保了成型磨削技术在当前

9、难加工材料成型加工中举足轻重的地位u3

10、。本文通过分析镍基高温合金高效成型磨削加工的研究现状，指出应用中存在的瓶颈和现有的解决方法，并在此基础上提出了对进一步开发镍基高温合金高效成型磨削潜力的研究思路。1镍基高温合金高效成型磨削工艺镍基高温合金高效成型磨削工艺的应用对象主要为航空发动机涡轮部分的结构件，如图1所示，包括涡轮转子叶片