航空用鎳基高溫合金切削現狀研究
新聞來源:www.tjhbrc.com  發布時間:2017-06-30 21:56 瀏覽量:
隨著航空發動機技術的不斷更新與提升,越來越多的難加工材料和復合材料被廣泛地應用到新型發動機上,這就對零件的工藝方法和加工能力提出了更高的要求。在發動機的難加工材料中,鎳基高溫合金有著舉足輕重的作用,如發動機的壓氣機盤、渦輪盤、承力環、機匣、緊固件、葉片等在高溫下長期工作的發動機零件,都可以見到鎳基高溫合金的身影。
鎳基高溫合金的力學、抗氧化、抗高溫變形的性能很好,但是導熱系數低、材料塑性大和加工硬化等問題常常制約著鎳基高溫合金的廣泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削參數等現狀,對解決鎳基高溫合金難加工問題有很大的幫助。
鎳基高溫合金及其切削加工性
高溫合金按基體元素可分為:鐵基、鎳基和鈷基高溫合金。按照制造工藝分為:變形(GH4169、GH4133、Inconel718等)、鑄造(K477、K421、Rene77等)、定向結晶(DZ4等)和粉末冶金(FGH97、FGH98等)高溫合金。鎳基高溫合金耐熱溫度高達950℃以上,具有良好的力學性能和組織結構特性,具有抗氧化、耐腐蝕、抵抗高溫交變應力的特性。鎳基高溫合金在發動機上得到了廣泛的應用。
由于鎳基高溫合金高硬度、強度和塑性的性能,致使它的可切削性較差。在鎳基高溫合金里鑄造的材料比鍛造的切削性差,單晶、粉末冶金高溫合金的切削性更差。鎳基高溫合金的其他難加工特性表現為:切削力一般為鋼件的1.5~2倍,切削溫度約為鋼的2倍;材料導熱系數低,導熱性很差,切削熱集中在刀尖,不易散出。切削產生的高溫能使刀具發生嚴重的擴散磨損、氧化磨損和粘結磨損;加工后零件表面硬化現象十分嚴重,加工硬化表面的硬度約為正常表面的2倍以上;切屑硬度高,韌性好,不易折斷,造成切削過程中斷屑困難,切屑不好處理;材料中金屬化合物和硬質點較多,刀具很容易崩刃,不容易保證尺寸和精度要求。
盤軸、機匣和葉片是發動機上的關鍵零件,在高溫工作區的部分都是采用鎳基高溫合金作為材料的。這些零件對配合表面尺寸、表面完整性和位置精度等技術指標要求都很高,而且這幾種零件都屬于典型的結構復雜、薄壁、易變形的難加工零件。盤軸類零件涉及到較多的車削工藝,機匣類、葉片類的零件涉及到較多的銑削工藝。盤件壁厚較小且不均勻,尺寸精度要求較高,外型面較復雜,不能沿圓周連續切削,在加工過程中零件變形明顯,需要多次進行修整。
例如某盤件的外徑尺寸精度IT6~IT7,焊縫表面的配合精度高達IT4~IT5。垂直度為0.01~0.03mm,表面粗糙度Ra0.8μm。機匣零件剛性差且形狀復雜,加工過程零件及易變形。零件的尺寸精度、表面粗糙度,位置精度要求都很嚴格。如某機匣零件表面粗糙度為1.6μm,薄壁端厚2.5mm,定位孔的尺寸公差0.015。某機匣毛坯加工余量大,單邊余量為20~30mm,大部分余量要通過銑削去除,刀具消耗量大。葉片零件外形結構復雜不規則、尺寸較多、加工時間長,加工基準需要反復地切換。某機葉片最薄處為0.18mm,零件的表面粗糙度為0.4μm。在加工過程中系統振顫大,讓刀現象嚴重,零件的表面完整性差。
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