燃气轮机叶片材料砂带磨削性能研究

摘要

叶片是组成燃气轮机的关键部件，用于制造叶片的材料本身应具有很高的疲劳强度、耐腐蚀性、耐高温性等特点。上世纪30年代，世界各国开始使用含12％Cr不锈钢制造燃气轮机叶片，但近几十年来由于机组性能要求进一步提高，马氏体沉淀硬化不锈钢进入大量使用阶段。有特殊要求的叶片则采用了更高强度和耐腐蚀性的钛合金来制造。砂带磨削是磨削加工技术的一个重要分支，它具有效率高、振动小和磨削温度低等优点，目前已广泛用于多种金属和非金属材料的磨削、研磨和抛光。 ① 本文以0Cr17Ni4Cu4Nb、1Cr13和TC4合金叶片材料为研究对象，深入开展了三种难加工材料的砂带磨削性能研究。 1) 收集并归纳了国内外的研究现状，分析了典型叶片材料的可磨性，试制了叶片材料砂带磨削实验装置和冷却系统。在前期研究的基础上开展了砂带磨削过程的研究，针对叶片型面加工的要求，提出了砂带磨削性能的主要评价指标。 2) 完成了三种典型叶片材料的砂带磨削效率实验，研究了材料切除率和砂带磨损与磨削用量、磨料种类、接触轮和磨削液等之间的关系。 3) 借助扫描电子显微镜等仪器分析了磨削表面质量、砂带微观结构及磨损，并建立了弹性砂带磨削精度的基本模型。 ② 通过实验研究和理论分析，得到以下主要研究成果： 1) 陶瓷磨料砂带能保持高而稳定的材料切除率，采用陶瓷磨料砂带对0Cr17Ni4Cu4Nb和1Cr13叶片材料进行大余量加工是完全可行的，但优选理论磨削深度是长时间保持叶片材料砂带高效磨削的重要条件。 2) 在一定理论磨削深度的条件下，粗磨加工影响材料切除率的参数中，首先影响最显著的是磨料种类，其次是砂带线速度、磨削时间和磨削液种类，最后是接触轮齿槽比和工件转速。 3) 从磨削效率、磨削表面质量、砂带磨损的角度给出了典型叶片材料砂带粗磨和精磨的推荐工艺参数。 4）建立了砂带单颗磨粒切刃切除材料的理论模型和初步的叶片砂带磨削精度理论模型，同时实验结果也为后续进行叶片型面砂带磨削过程仿真提供了研究数据。