[發明專利]一種鎳基高溫合金渦輪前封嚴盤的磨削方法及磨削砂輪

有效

• 申請號: 201210286550.5
• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN102794680A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 何堅;丁文鋒;梁養民;劉智武;趙海艷;湯麗;王艷;付蓉
• 申請（專利權）人: 西安航空動力股份有限公司
• 主分類號: B24B5/36
• 分類號: B24B5/36;B24D3/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及一種鎳基高溫合金渦輪前封嚴盤的磨削方法及磨削砂輪，屬于難加工材料及其結構高效精密加工工藝與工具技術領域。

背景技術

渦輪前封嚴盤是航空發動機的關鍵零部件，其結構特點主要為：輪盤最大外圓為Φ587mm，中空部分最小內徑為Φ212mm，總高為55mm，壁厚最小僅為1.5mm，屬于典型的薄壁盤類零件。輪盤整體型面由各種斜面、錐面和圓弧組成，結構復雜。同時，為了提高航空發動機性能，渦輪前封嚴盤通常采用鎳基高溫合金GH4169，屬于典型的高強韌性難加工材料。車削、銑削加工方式無法達到渦輪前封嚴盤加工質量要求，只能采用磨削加工方法。涉及的主要磨削方式是平面磨削。

現階段，渦輪前封嚴盤的磨削加工主要采用陶瓷結合劑CBN砂輪或陶瓷剛玉砂輪，存在著加工效率低、工具壽命短、質量一致性差的問題。以某航空發動機中使用的鎳基高溫合金渦輪前封嚴盤磨削為例，目前的磨削工藝參數為砂輪線速度20～30m/s、進給量為0.002～0.003mm/r、切深0.05～0.08mm，材料去除率為2mm³/s，加工效率低；而且砂輪壽命短，一片砂輪通常只能加工2個零件；此外，磨削過程極易發生磨削燒傷，磨削質量不穩定。這已成為制約鎳基高溫合金渦輪前封嚴盤的磨削技術水平無法滿足現有航空發動機零件制造技術要求的重要原因。

分析問題的根源，主要在于：

（1）砂輪工作面磨粒容易脫落。由于陶瓷結合劑CBN砂輪或陶瓷剛玉砂輪依靠機械作用把持工作層磨粒，對磨粒的把持力無法滿足鎳基高溫合金GH4169高效磨削要求，導致磨粒易因正常耗損而脫落，不僅降低了磨料的利用率，而且脫落的磨粒對零件已加工表面產生刮擦，破壞加工表面質量。因此，亟待通過釬焊方法實現對砂輪工作面磨粒的牢固把持。

（2）砂輪工作面磨粒無序分布，并且磨粒分布密度不合適。為了獲得好的磨削表面質量，特別是表面粗糙度，要求砂輪工作面的磨粒處于優化排布狀態，而均勻分布即是其中的一種重要形式。目前，在陶瓷結合劑CBN砂輪或陶瓷剛玉砂輪工作層內部，磨粒總是處于無序分布狀態，并且磨粒分布密度不合適，導致無法在高效磨削過程中同時滿足磨削加工表面質量要求。因此，在釬焊砂輪工作面實現磨粒均勻排布對于獲得高磨削表面粗糙度非常必要。

（3）磨削工藝參數不合理。若選擇大磨削工藝參數，則加工表面粗糙度無法滿足要求；如選擇小磨削工藝參數，則加工效率太低。無法同時實現高效率與高精度磨削，更無法同時完成粗加工與精加工。

在鎳基高溫合金材料磨削用釬焊CBN砂輪方面，經查詢國內外的專利和論文數據庫，分析后發現，目前主要采用的粘結材料包括Ag-Cu-Ti合金與Cu-Ti合金釬料，未提到采用Ti-Zr-Cu-Ni合金釬料的報道。例如，吉林大學汪春花在其碩士學位論文“釬焊立方氮化硼的焊接性與微結構”中描述了采用Cu-Ti合金釬料釬焊CBN磨粒，結果發現，Cu-Ti合金釬料釬焊CBN磨粒的問題主要在于，所制作的單層釬焊砂輪CBN磨粒內部存在較大的殘余應力，降低了磨粒強度，使釬焊CBN磨粒產生熱損傷；華僑大學陳建毅等在發表于《工具技術》2007年第2期的論文“釬焊超硬磨料工具的研究進展”、公開號為CN?101148036A的國家發明專利“半固態連接制作高性能單層釬焊立方氮化硼砂輪的方法”、印度理工大學A.Ghosh等在發表于《Industrial?Diamond?Review》2007年第1期的論文“On?grit-failure?of?an?indigenously?developed?single?layer?brazed?CBN?wheel”、南京航空航天大學丁文鋒等在發表于《International?Journal?of?Minerals，Metallurgy?and?Materials》2011年第6期的論文“Brazed?joints?of?CBN?grains?and?AISI?1045steel?with?AgCuTi-TiC?mixed?powder?as?filler?materials”中均闡述了采用Ag-Cu-Ti合金釬焊CBN磨粒的方法，但存在的問題主要在于，Ag-Cu-Ti合金釬料的成本高、耐磨性不足，導致砂輪壽命無法達到預期目標。