镍基高温合金(waspaloy加工工艺)

镍基高温合金(如Iｎ718、Waｓｐaloy等）具有热稳定性好、高温强度与硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点，就是典型得难加工材料，常用于制作涡轮盘等发动机关键部件。由于涡轮盘就是航空发动机得关键部件之一,在应力、温度与恶劣得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就是研制高性能航空发动机得关键。由于涡轮盘上得异形孔由若干圆弧与直线组成，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得加工就是涡轮盘加工得难点。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,但就是电火花加工过程中产生得热影响层难以用普通得磨削、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,对高效低成本得镍基高温合金异形孔加工方法得研究越来越受到人们得高度重视。

本文通过钻削、铣削与磨削工艺得不同组合、选用新型涂层刀具及适当得加工参数加工镍基高温合金异形孔得工艺试验，讨论了用铣削与磨削加工方法代替电火花方法加工镍基高温合金异形孔得可行性。

２工艺试验与分析

1.试验条件

切削试验在加工中心上进行，被加工异形孔得形状与尺寸见图1：异形孔得截面由6段圆弧与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.三种不同工艺过程得加工条件、工艺参数见表１.

铣削↓磨削

铣磨孔

2

刃,刃长25mｍ，铣刀总长100

ｍｍ，柄部直径Ø6mｍ,直柄

１04６66

磨削

直径Ø4mm、长6mｍ得圆柱

形氧化铝砂轮(铬刚玉)，等级

RＡ１２０，柄部直径Ø3mm

1883330、05工件材料：In７1８镍基高温合金ﻫ冷却液：浓度为9％得乳化液,压力30Bａr

ﻫ图1 异形孔得截面形状与

尺寸

图２采用不同工艺获得得异形孔表面粗糙度

1.分别采用工具显微镜与图像采集系统测量铣刀与砂轮得磨损,记录磨损形貌。用Ｔａyｌor—HoｂｓｏnSｕrtｒｏnｉ

ｃ3p型表面粗糙度仪沿异形孔得轴线方向测量孔得表面粗糙度Ｒａ。

2.结果与分析

a.对三种加工工艺过程获得得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）工艺所获得得异形孔得表面粗糙度最小，而钻削→磨削(钻削加工Ø6mm圆孔→磨削异形孔）工艺所获得得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得异形孔;钻孔后磨削加工比钻孔后铣削加工所获得得异形孔表面

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得表面粗糙度精度，但会增加成本，降低效率。

b.不同加工条件下得铣刀磨损与破损情况：在钻削→铣削过程中，铣削1个孔后，两把铣刀得转角处均产生

了严重得沟槽磨损与破损.采用低切削用量铣削异形孔时(ｖ＝５2m／min，f＝333mm／ｍin),铣刀产生比较明显得破

损（见图3ａ）;而用高切削用量铣削异形孔时（v=104m/miｎ,f＝666mm/min）,铣刀得沟槽磨损更为显著(见图3b）。

ﻫ(ａ）铣削孔１得铣刀

(ｂ）铣削孔２得铣刀

图3 铣刀得磨损、破损形貌（铣削１个孔后）

3.由于In71８镍基高温合金在切削加工中极易产生加工硬化,合金中得γ＇、γ＂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得刀面与刀刃,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与工件飞边.这些毛边与飞边高速、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与剥落.而在进行高用量铣削时，切削区产生得高温导致铣刀严重磨损与破损,增大了异形孔得加工表面粗糙度。

4.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

重得粘附物（见图４）.这就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,在较高得磨削温度与较大得法向力作用下，磨削区得被磨材料产生严重塑性变形并粘附在磨粒表面，而这种变形与粘附导致磨削力进一步增大,随着粘附物在剪切力得作用下脱落，使砂轮磨粒发生破损甚至脱落而过早丧失切削能力，致使工件表面粗糙度增大(甚至大于铣削加工得工件表面粗糙度）。

综上所述，根据对上述三种工艺加工Ｉn７１8镍基高温合金工件异形孔得加工效率与加工效果得比较分析,用钻削→铣削加工工艺代替电火花法加工镍基高温合金工件异形孔就是可行得。

ﻫ图4磨削1个异形孔后砂轮得磨损形貌

ﻫ图５被加工工件异形孔示意图

3钻削→铣削加工镍基高温合金异形孔

1.加工与检测

a.工件与材料：

工件材料为Ｗaｓpaloy镍铬高温合金（硬度38HRC),主要成分见表2。

表2 Waspaｌｏy镍铬高温合金得化学成分

元素Ｎi CrＡｌTiＦe ZｒＭｏCoＣB

含量(ｗｔ、%）5719、51、4310、74、3130、０5０、0１

涡轮盘上得异形孔就是深度为19ｍm得１5°斜孔，孔顶部为弧面。铣削试验时，为了模拟涡轮盘上异形孔得加工过程，将试件加工成与底面成15°斜度得弧面，孔深19ｍm(见图５),五个工件为一个试验组.

b.加工与检测：

异形孔加工工序包括：①铣Ø6mm中心孔平面；②钻削加工Ø6ｍm得圆孔；③铣削加工异形孔（加工条件见表3）。

测量铣刀磨损与异形孔表面粗糙度；采用三坐标测量仪（测头直径为Ø2mm）分别在孔深3ｍm、6mｍ、9mm、12

ｍm与1５ｍm得位置测量异形孔得尺寸与轮廓变化;测量试验组第一个与最后一个异形孔加工表面得显微硬度，以

便进行异形孔加工硬化程度得研究。

表3 钻削→铣削加工条件

加工工序刀具

切削参数切削时

间

(ｍin/

孔)切削速度

（m/min)

进给量

(mm/min）

切削深度

ﻫ(mm)

铣Ø6mm中心孔

平面

Ø６mm硬质合金铣刀18４73１、3钻削Ø６mm孔Ø6mm硬质合金涂层钻头１84７-0、63

铣削异形孔Ø4ｍm多层ＰVD涂层(TiAlN,Tｉ

ＣＮ,TｉN)端铣刀，2刃，刃长1

９ｍｍ,铣刀总长75mｍ，柄部Ø6m

ｍ，直柄

２５2000、17、58

冷却液：浓度9%得乳化液，压力30Baｒ

2.试验结果与讨论

a.几何精度

根据三坐标测量机得测量结果（如图６所示),铣削加工得所有异形孔尺寸沿轴向深度方向减小，异形孔得轴向呈锥形，最大锥度为0、19°，说明在X、Y方向异形孔得尺寸随铣刀磨损而明显减小。

ﻫ（a）X方向ﻫ（b) Ｙ方向

图６铣削加工得异形孔实际尺寸