镍基高温合金(waspaloy加工工艺).docx

镍基高温合金(如In718、Waspaloy等)具有热稳定性好、高温强度和硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点，是典型的难加工材料，常用于制作涡轮盘等发动机关键部件。由于涡轮盘是航空发动机的关键部件之一，在应力、温度和恶劣的工作环境条件下容易产生疲劳失效，因此涡轮盘材料及制造技术是研制高性能航空发动机的关键。由于涡轮盘上的异形孔由若干圆弧和直线组成，形状复杂，加工时要求各组成段位置准确、过渡圆滑而不产生加工转折痕迹，表面粗糙度符合工艺要求，因此该高温合金异形孔的加工是涡轮盘加工的难点。目前，航空发动机制造商均采用电火花加工方法加工镍铬耐热合金异形孔，但是电火花加工过程中产生的热影响层难以用普通的磨削、研磨方法去除，往往需要用磨料射流等特殊工艺去除该变质层，加工效率低，生产成本高。因此，对高效低成本的镍基高温合金异形孔加工方法的研究越来越受到人们的高度重视。
本文通过钻削、铣削与磨削工艺的不同组合、选用新型涂层刀具及适当的加工参数加工镍基高温合金异形孔的工艺试验，讨论了用铣削和磨削加工方法代替电火花方法加工镍基高温合金异形孔的可行性。
2工艺试验与分析
试验条件
切削试验在加工中心上进行，被加工异形孔的形状和尺寸见图1：异形孔的截面由6段圆弧和2段直线组成，孔深10mm。试验中分别采用以下工艺：①钻削Ø6mm圆孔→铣削异形孔；②钻削Ø6mm圆孔→磨削异形孔；③钻削Ø6mm圆孔→铣削异形孔→磨削异形孔。三种不同工艺过程的加工条件、工艺参数见表1。
表1工序刀具切削参数切削速度(m/min)进给量(mm/min)切削深度(mm)钻削↓铣削钻削Ø6mm硬质合金涂层钻头2258-铣削铣孔1Ø4mm多层PVD涂层球形铣刀，2刃，刃长25mm，铣刀总长100mm，柄部直径Ø6mm，直柄523330.1铣孔2104666钻削↓磨削钻削Ø6mm硬质合金涂层钻头2258-磨削直径Ø4mm、长6mm的圆柱形氧化铝砂轮(铬刚玉)，等级RA120，柄部直径Ø3mm1883330.05钻削↓铣削↓磨削钻削Ø6mm硬质合金涂层钻头2258-铣削铣磨孔1Ø4mm多层(TiAlN，TiCN，TiN)PVD涂层球形铣刀，2刃，刃长25mm，铣刀总长100mm，柄部直径Ø6mm，直柄523330.1铣磨孔2104666磨削直径Ø4mm、长6mm的圆柱形氧化铝砂轮(铬刚玉)，等级RA120，柄部直径Ø3mm1883330.05工件材料：In718镍基高温合金冷却液：浓度为9%的乳化液，压力30Bar
图1异形孔的截面形状与尺寸图2采用不同工艺获得的异形孔表面粗糙度分别采用工具显微镜和图像采集系统测量铣刀和砂轮的磨损，记录磨损形貌。用Taylor-HobsonSurtronic3p型表面粗糙度仪沿异形孔的轴线方向测量孔的表面粗糙度Ra。
结果与分析
对三种加工工艺过程获得的异形孔表面粗糙度进行对比，结果如图2所示：在三种工艺过程中，采用钻削→铣削→磨削(钻削加工Ø6mm圆孔→低用量铣削加工异形孔→磨削异形孔)工艺所获得的异形孔的表面粗糙度最小，而钻削→磨削(钻削加工Ø6mm圆孔→磨削异形孔)工艺所获得的异形孔表面粗糙度最大。试验证明：在该试验条件下采用铣削加工也能获得满足表面粗糙度要求的异形孔；钻孔后磨削加工比钻孔后铣削加工所获得的异形孔表面粗糙度精度低；铣削后再进行磨削加工可在一定程度上提高异形孔加工的表面粗糙度精度，但会增加成本，降低效率。
不同加工条件下的铣刀磨损和破损情况：在钻削→铣削过程中，铣削1个孔后，两把铣刀的转角处均产生了严重的沟槽磨损和破损。采用低切削用量铣削异形孔时(v=52m/min，f=333mm/min)，铣刀产生比较明显的破损(见图3a)；而用高切削用量铣削异形孔时(v=104m/min，f=666mm/min)，铣刀的沟槽磨损更为显著(见图3b)。
(a)铣削孔1的铣刀(b)铣削孔2的铣刀图3铣刀的磨损、破损形貌(铣削1个孔后)由于In718镍基高温合金在切削加工中极易产生加工硬化，合金中的'、"强化相以及WC、WN等硬质相在高温下仍然保持着高硬度并高速刻化刀具的刀面和刀刃，导致刀具产生沟槽磨损。此外，镍基高温合金在切削时极易产生侧向塑性流动并在刀具刃口处分离而产生锯齿状切屑毛边和工件飞边。这些毛边和飞边高速、高频冲击刀具，在周期性热应力作用下导致刀具产生微小裂纹和剥落。而在进行高用量铣削时，切削区产生的高温导致铣刀严重磨损和破损，增大了异形孔的加工表面粗糙度。
从试验可知：采用氧化铝砂轮磨削In718镍基高温合金时，砂轮迅速磨损，磨削1个异形孔后，砂轮成圆锥形，表面有严重的粘附物(见图4)。这是因为磨削镍基高温合金时具有磨削力大、磨削温度高等特点，在较高的磨削温度和较大的法向力作用下，磨削区的被磨材料产生严重塑性变形并粘附在磨粒表面，而这种