FGH96涡轮盘榫槽CBN砂轮磨削加工技术研究

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粉末高温合金FGH96具备优异的高温机械性能,是用于制造航空发动机涡轮盘的关键材料,其加工表面完整性将会直接影响到零件的疲劳性能。而榫槽是航空发动机的高温承力构件涡轮盘上的关键结构,超过30%的涡轮盘失效都是因为榫接结构断裂造成的,而疲劳破坏主要起源零件表面,这与加工表面完整性密切相关。目前随着高速磨削的发展、超硬磨料的出现和仿形砂轮的运用,磨削因具有加工表面质量好、塑性变形层小等特点,而逐渐成为最具潜力的榫槽加工方式。结合现有研究,可运用“线切割+高速仿形磨削”的榫槽加工方式。但目前,FGH96材料榫槽磨削加工研究相对较少,尤其缺少对FGH96材料磨削加工表面完整性和榫槽磨削加工工艺的研究,限制了FGH96材料在航天器制造领域的合理应用。本文探究当前榫槽仿形磨削加工工艺,结合现有的设备,进行了以下几部分工作。(1)结合表面完整性的研究结果,设计FGH96材料榫槽的加工工艺和电镀CBN榫槽仿形砂轮,并进行榫槽验证性加工实验。使用包括三坐标测量仪等多种测量方式进行榫槽测量,通过测量结果与榫槽技术要求进行比较,验证加工工艺与加工参数的可行性。(2)研究400#与600#仿形砂轮的使用寿命与砂轮磨损对榫槽加工精度的影响,并对榫槽的加工工艺进行优化,合理规划仿形砂轮使用时间,提高榫槽的加工质量与加工效率。(3)通过榫槽与叶片榫头的受力分析,设计涡轮盘榫槽专用的疲劳试件与砂轮,研究砂轮磨损对榫槽疲劳寿命的影响,进行常温与高温条件下疲劳寿命的对比实验,分析温度对疲劳寿命影响因素,为保证涡轮盘榫槽疲劳寿命的均匀性提供一定指导作用。(4)进行实际工况要求的涡轮盘斜榫槽的加工,结果表明,运用线切割+仿形磨削的工艺方法,可以提高榫槽的加工效率,降低榫槽的加工成本,加工表面粗糙度Ra达到0.6μm,验证了该加工技术的可行性与合理性。
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