镍基高温合金高效成型磨削的研究进展与展望

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。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明：在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金GH4169表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次,将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明:在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

镍基高温合金大深径比盲孔电火花加工工艺探讨

针对航空航天发动机关键零件——镍基高温合金盘轴类零件的大深径比盲孔进行了电火花加工工艺技术研究。通过低刚性深盲孔零件结构特点分析,设计专用导向套、带冲液可调电极夹具等,以满足深径比45、孔径φ≤5mm的深盲孔加工要求;通过优化工艺流程,合理确定粗、中、精加工工艺方法和余量,得到可实用化的加工速度;通过系统工艺试验,确定影响镍基高温合金加工特性的电火花工艺参数,得到快速、稳定、可靠加工的有关参数与条件。结果表明:电火花加工工艺方法是解决镍基高温合金盘轴类零件大深径比盲孔加工的有效方法,所加工零件满足了图纸要求。     

DD9镍基单晶高温合金磨削表面质量实验研究

涡轮叶片榫齿常采用磨削加工，磨削工艺参数决定了其加工表面的质量和疲劳性能。基于正交试验研究磨削参数对第三代镍基单晶高温合金DD9 磨削表面粗糙度及硬度的影响规律和机理。结果表明：磨削表面粗糙度受砂轮线速度vs 的影响最大，工件进给速度vw 对其的影响次之，而受磨削深度ap 的影响最小；磨削表面出现加工硬化，加工硬化程度在1.9%~13.8% 之间，亚表面硬化层深度在60~120 μm 之间；为获得粗糙度小、纹理均匀、硬化程度小的DD9 高温合金磨削表面，精加工推荐的磨削参数为vs∈［20 m/s，25 m/s］，vw∈［12 m/min，16 m/mim］，ap∈［10 μm，15 μm］。     

新机研制中的新材料和热工艺应用

在涡扇、涡轴两种中、小型燃气涡轮发动机的研制中，采用了较多的钛合金、高温合金和高强结构材料和粉末盘热等静压、单晶叶片精铸、等温锻造、无余量整体精铸、大型薄壁带铸造油路的名合金铸造、多弧等离子镀、蜂窝激光焊、高温真空钎焊和钛合金的锻造、铸造、表面处理、焊接等新工艺，保证了新机性能，使中小涡轮燃气发动机制造技术上了一个新台阶。     

航空发动机叶片机器人精密砂带磨削研究现状及发展趋势

航空发动机叶片的型面精度及表面完整性对其疲劳寿命和气流动力性等影响巨大。机器人砂带磨削由于其灵活性好、易于调度、通用性强等特点成为提高叶片表面完整性的有效加工方法之一，但是工业机器人一般仅适用于粗加工，而对于半精加工以及精加工，提高机器人的定位精度是决定加工质量的关键问题。因此，对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行归纳总结，为实现叶片精密磨削提供参考。首先，对叶片机器人砂带磨削系统的组成和结构形式进行了论述，从磨削接触廓形、材料去除规律和表面完整性等方面对砂带磨削机理进行了分析；其次，分别从基于CAD模型、数学模型和人工知识学习三方面总结了叶片机器人砂带磨削轨迹规划方法；然后，对叶片机器人砂带磨削运动控制技术研究进行了介绍，并分析了叶片机器人砂带磨削系统及集成技术；最后，对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行了总结，在此基础上对其发展趋势进行了分析。     

镍基高温合金的切削加工

航空发动机零件结构复杂,而高温合金等难加工材料加工难度更大。对工件来说,复杂型面数控程序优化难,高温合金材料容易造成加工变形和让刀,使加工精度不符合要求;对刀具来说,加工镍基高温合金零件,容易造成刀具快速磨损,刀具消耗大。     

航发涡轮叶片气膜孔的磨削加工实验

针对目前航空发动机涡轮叶片气膜孔加工精度低和重熔层难去除的问题,提出了"电火花打孔、磨削扩孔"的新型气膜孔加工工艺,研制出小孔磨削专用微细CBN砂轮并对电火花气膜孔进行了磨削工艺实验。实验结果表明:经磨削加工后气膜孔圆度降低50.9%,孔径尺寸标准差降低90.7%,表面粗糙度降低65.9%,重熔层被全部去除,证明了航发涡轮叶片气膜孔磨削加工的可行性。     

钎焊CBN砂轮缓磨镍基铸造高温合金的磨削加工性与表面完整性(英文)

缓进给磨削工艺适合于成型磨削,尤其在复杂型面构件的高效精密磨削中具有广阔应用前景。本文采用钎焊CBN砂轮进行了镍基铸造高温合金K424的缓磨试验,重点研究了工艺参数(砂轮线速度、工件进给速度、切深)对磨削加工性与表面完整性的影响,包括磨削力与磨削温度、磨削比能、尺寸稳定性、加工表面形貌、亚表面层的显微硬度与金相组织变化、残余应力。结果显示,尽管K424合金的磨削比能高达200-300J/mm3,但在钎焊CBN砂轮缓进给磨削K424合金过程中,磨削温度仅约为100℃。采用砂轮线速度22.5m/s、工件进给速度0.1m/min,以及切深0.2mm的工艺参数加工出满足尺寸精度要求的直槽。磨削表面未发现磨削烧伤与显微裂纹,并且呈压应力状态。     

航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术及其试验研究

压气机钛合金叶片为航空发动机关键零部件,其制造质量和加工精度对整机工作性能有至关重要的影响。由于该叶片型面结构复杂,打磨工作常由人工完成,其打磨效率低,打磨质量一致性难以保证。对航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术进行分析,并进行了相关试验研究。试验结果表明钛合金叶片的机器人浮动砂带磨削技术能适应钛合金叶片的打磨要求,打磨后的叶片表面粗糙度Ra在0.4μm以内,表面三维形貌一致性较好,磨削后的进排气边的形状保持一定的圆度状态。     

航空发动机叶片精密自适应砂带磨削技术及试验研究

叶片的型面精度和表面完整性直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。由于叶片具有薄壁易变形、材料难加工及砂带磨削柔性接触等特征而难以实现精密磨削,由此提出了一种基于检测—加工一体化的自适应砂带磨削加工方法。首先根据叶片结构特点,设计了边缘磨削工位磨头和圆角磨削工位磨头,分别用于磨削叶片型面及进排气边缘、阻尼台及根部转角等部位;其次基于模型重构的几何误差进行了自适应软件的研制;最后通过双工位集成的七轴联动数控砂带磨削中心进行了叶片磨削试验。试验结果表明,磨削后的叶片表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工误差保持在±0.05mm范围内,叶片型面磨削加工周期仅为3.5h,满足叶片加工要求。因此,自适应砂带磨削技术是实现叶片精密磨削加工的有效技术手段。     

电镀CBN砂轮缓进给磨削高温合金叶片窄深槽的试验研究

介绍了ＣＢＮ 砂轮缓进给磨削高温合金的磨削性能及电镀ＣＢＮ砂轮的磨削特点；针对发动机涡轮叶片根部窄深槽的加工难题，研究了电镀ＣＢＮ砂轮的制作和修整方法，并进行了电镀ＣＢＮ砂轮缓进给磨削高温合金叶片窄深槽的加工试验     

DF—1精密定位介质简介

一、概述精铸、精锻无余量叶片型面的毛料是以叶身型面为基准进行榫头(或安装板)机械加工的。因此必须采用精密定位的方法。过去在生产中通常采用低熔点合金作为定位介质,但易导致加工零件脆化,也污染环境,英国罗·罗公司采用一种Rigidax的塑料     

镍基单晶/柱晶高温合金超高周疲劳研究进展

镍基单晶/柱晶高温合金具有高温强度高、抗氧化性强、抗疲劳性能优异等优点,是目前先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。超高周疲劳（疲劳寿命>10⁸）是涡轮叶片在服役中后期面临的主要问题。对镍基单晶/柱晶高温合金的超高周疲劳进行综述,分析结果表明,单晶/柱晶高温合金在高温下存在反常屈服现象;对比不同频率下的疲劳研究,未发现明显的频率效应;分析断裂机理,发现裂纹主要从内部孔洞等铸造缺陷处萌生。总结了疲劳寿命预测模型,展望了镍基单晶/柱晶高温合金超高周疲劳的发展方向。     

基于临界平面法的镍基单晶高温合金高周疲劳寿命模型

由于目前,国外已经基于八面体滑移系,采用临界平面法对镍基单晶高温合金〈001〉取向的高周疲劳寿命进行预测.然而,该方法未考虑〈111〉取向受载时滑移系参量的特点,所以不能较准确地预测镍基单晶高温合金〈111〉取向的高周疲劳寿命.为此,选取临界平面时综合考虑六面体、八面体滑移系,选定疲劳参量最大的滑移面作为临界平面,采用SSR(shear stress range)，CCB(Chu-Conle-Bonnen)，Walls寿命模型进行镍基单晶高温合金高周疲劳寿命预测,并根据800℃下DD6镍基单晶高温合金〈001〉,〈011〉,〈111〉3个取向的高周疲劳试验结果,对寿命模型的预测精度进行验证.结果表明:当基于两种滑移系预测镍基单晶高温合金的高周疲劳寿命时,寿命模型的拟合系数可达到0.9134.      

镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术

镍基高温合金因具有独特的物理化学性能，在航空、航天和军事工业等领域得到了广泛应用。然而，国内外常用的镍基高温合金机械铣削方法存在着材料去除率低、成本高和刀具损耗大等问题。尤其用其加工航空航天领域的整体叶盘、涡轮盘、机匣、航天器连接框和航天器返回舱体等零件时，上述问题更加突出。针对这些问题，开展了镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术的研究工作。采用高纯石墨工具电极内冲液、外冲气的工作介质冲注方式，使用自行研制的电火花辅助电弧高效铣削数控机床，试验研究了不同工艺参数对加工镍基高温合金GH4169的材料去除率、电极相对损耗率、加工误差等工艺性能的影响关系，揭示了工件加工表面的微观结构特性。试验结果表明，加工镍基高温合金GH4169的材料去除率达11 523 mm³/min,电极相对损耗率约为1.5%,加工成本远低于机械铣削。     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。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参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

DZ4材料的磨削烧伤机理

通过磨削温度、磨削力测量等基本试验研究了DZ4镍基高温合金的磨削烧伤现象 ,并通过金相检验揭示了它的磨削烧伤机理。研究结果表明 ,这种材料在磨削温度超过 80 0℃时即发生烧伤 ,而磨削力比可作为特征参量对磨削烧伤进行监测和预报。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.