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鎳基高溫合金工件異形孔加工工藝的研究

時間：2007年12月24日瀏覽：286次收藏分享：

摘要：根據航空發動機渦輪盤上異形孔結構復雜及鎳基高溫合金材料難加工的特點，采用鉆削、銑削與磨削工藝的不同組合、選用新型涂層刀具和相應的切削參數進行了工藝試驗。通過分析試驗過程中刀具、砂輪的磨損(破損)情況及其對異形孔加工精度和表面粗糙度的影響，探討了銑削、磨削加工鎳基高溫合金渦輪盤異形孔的可行性。研究結果表明，通過優化加工參數，渦輪盤異形孔鉆削→銑削工藝可有效替代常用的電火花加工工藝。

1 引言

鎳基高溫合金(如In718、Waspaloy等)具有熱穩定性好、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動機關鍵部件。由于渦輪盤是航空發動機的關鍵部件之一，在應力、溫度和惡劣的工作環境條件下容易產生疲勞失效，因此渦輪盤材料及制造技術是研制高性能航空發動機的關鍵。由于渦輪盤上的異形孔由若干圓弧和直線組成，形狀復雜，加工時要求各組成段位置準確、過渡圓滑而不產生加工轉折痕跡，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，但是電火花加工過程中產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層，加工效率低，生產成本高。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的加工參數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

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Ø6mm圓孔→銑削異形孔；②鉆削Ø6mm圓孔→磨削異形孔；③鉆削Ø6mm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、工藝參數見表1。

表1

工序

刀具

切削參數

切削速度
(m/min)

進給量
(mm/min)

切削深度
(mm)

鉆削↓銑削

鉆削

Ø6mm硬質合金涂層鉆頭

銑削

銑孔1

Ø4mm多層PVD涂層球形銑刀，2刃，刃長25mm，銑刀總長100mm，柄部直徑Ø6mm，直柄

333

0.1

銑孔2

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技術

鎳基高溫合金工件異形孔加工工藝的研究

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