鎳基高溫合金(waspaloy加工工藝)

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1、鎳基高溫合金(如In718、Waspaloy等)具有熱穩(wěn)定性好、高溫強度和硬度高、耐腐蝕、抗磨損等特點，是典型的難加工材料，常用于制作渦輪盤等發(fā)動機關(guān)鍵部件。由于渦輪盤是航空發(fā)動機的關(guān)鍵部件之一，在應(yīng)力、溫度和惡劣的工作環(huán)境條件下容易產(chǎn)生疲勞失效，因此渦輪盤材料及制造技術(shù)是研制高性能航空發(fā)動機的關(guān)鍵。由于渦輪盤上的異形孔由若干圓弧和直線組成，形狀復(fù)雜，加工時要求各組成段位置準(zhǔn)確、過渡圓滑而不產(chǎn)生加工轉(zhuǎn)折痕跡，表面粗糙度符合工藝要求，因此該高溫合金異形孔的加工是渦輪盤加工的難點。目前，航空發(fā)動機制造商均采用電火花加工方法加工鎳鉻耐熱合金異形孔，但是

2、電火花加工過程中產(chǎn)生的熱影響層難以用普通的磨削、研磨方法去除，往往需要用磨料射流等特殊工藝去除該變質(zhì)層，加工效率低，生產(chǎn)成本高。因此，對高效低成本的鎳基高溫合金異形孔加工方法的研究越來越受到人們的高度重視。本文通過鉆削、銑削與磨削工藝的不同組合、選用新型涂層刀具及適當(dāng)?shù)募庸?shù)加工鎳基高溫合金異形孔的工藝試驗，討論了用銑削和磨削加工方法代替電火花方法加工鎳基高溫合金異形孔的可行性。2工藝試驗與分析1.試驗條件切削試驗在加工中心上進行，被加工異形孔的形狀和尺寸見圖1：異形孔的截面由6段圓弧和2段直線組成，孔深10mm。試驗中分別采用以下工藝：①鉆削

3、?6mm圓孔→銑削異形孔；②鉆削?6mm圓孔→磨削異形孔；③鉆削?6mm圓孔→銑削異形孔→磨削異形孔。三種不同工藝過程的加工條件、工藝參數(shù)見表1。表1工序刀具切削參數(shù)切削速度(m/min)進給量(mm/min)切削深度(mm)鉆削↓銑削鉆削?6mm硬質(zhì)合金涂層鉆頭2258-銑削銑孔1?4mm多層PVD涂層球形銑刀，2刃，刃長25mm，銑刀總長100mm，柄部直徑?6mm，直柄523330.1銑孔2104666鉆削↓磨削鉆削?6mm硬質(zhì)合金涂層鉆頭2258-磨削直徑?4mm、長6mm的圓柱形氧化鋁砂輪(鉻剛玉)，等級RA120，柄部直徑?3mm18

4、83330.05鉆削↓鉆削?6mm硬質(zhì)合金涂層鉆頭2258-銑削↓磨削銑削銑磨孔1?4mm多層(TiAlN，TiCN，TiN)PVD涂層球形銑刀，2刃，刃523330.1長25mm，銑刀總長100mm，柄部直徑?6mm，直柄銑磨孔2104666磨削直徑?4mm、長6mm的圓柱形氧化鋁砂輪(鉻剛玉)，等級RA120，柄部直徑?3mm1883330.05工件材料：In718鎳基高溫合金冷卻液：濃度為9%的乳化液，壓力30Bar圖1異形孔的截面形狀與尺寸圖2采用不同工藝獲得的異形孔表面粗糙度1.分別采用工具顯微鏡和圖像采集系統(tǒng)測量銑刀和砂輪的磨損，記錄

5、磨損形貌。用Taylor-HobsonSurtronic3p型表面粗糙度儀沿異形孔的軸線方向測量孔的表面粗糙度Ra。2.結(jié)果與分析a.對三種加工工藝過程獲得的異形孔表面粗糙度進行對比，結(jié)果如圖2所示：在三種工藝過程中，采用鉆削→銑削→磨削(鉆削加工?6mm圓孔→低用量銑削加工異形孔→磨削異形孔)工藝所獲得的異形孔的表面粗糙度最小，而鉆削→磨削(鉆削加工?6mm圓孔→磨削異形孔)工藝所獲得的異形孔表面粗糙度最大。試驗證明：在該試驗條件下采用銑削加工也能獲得滿足表面粗糙度要求的異形孔；鉆孔后磨削加工比鉆孔后銑削加工所獲得的異形孔表面粗糙度精度低；銑削

6、后再進行磨削加工可在一定程度上提高異形孔加工的表面粗糙度精度，但會增加成本，降低效率。b.不同加工條件下的銑刀磨損和破損情況：在鉆削→銑削過程中，銑削1個孔后，兩把銑刀的轉(zhuǎn)角處均產(chǎn)生了嚴重的溝槽磨損和破損。采用低切削用量銑削異形孔時(v=52m/min，f=333mm/min)，銑刀產(chǎn)生比較明顯的破損(見圖3a)；而用高切削用量銑削異形孔時(v=104m/min，f=666mm/min)，銑刀的溝槽磨損更為顯著(見圖3b)。(a)銑削孔1的銑刀(b)銑削孔2的銑刀圖3銑刀的磨損、破損形貌(銑削1個孔后)1.由于In718鎳基高溫合金在切削加工中極

7、易產(chǎn)生加工硬化，合金中的g'、g"強化相以及WC、WN等硬質(zhì)相在高溫下仍然保持著高硬度并高速刻化刀具的刀面和刀刃，導(dǎo)致刀具產(chǎn)生溝槽磨損。此外，鎳基高溫合金在切削時極易產(chǎn)生側(cè)向塑性流動并在刀具刃口處分離而產(chǎn)生鋸齒狀切屑毛邊和工件飛邊。這些毛邊和飛邊高速、高頻沖擊刀具，在周期性熱應(yīng)力作用下導(dǎo)致刀具產(chǎn)生微小裂紋和剝落。而在進行高用量銑削時，切削區(qū)產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致銑刀嚴重磨損和破損，增大了異形孔的加工表面粗糙度。2.從試驗可知：采用氧化鋁砂輪磨削In718鎳基高溫合金時，砂輪迅速磨損，磨削1個異形孔后，砂輪成圓錐形，表面有嚴重的粘附物(見圖4)。這是因為磨

8、削鎳基高溫合金時具有磨削力大、磨削溫度高等特點，在較高的磨削溫度和較大的法向力作用下，磨削區(qū)的被磨材料產(chǎn)生嚴重塑性變形并粘附在磨粒表面，