镍基合金叶片榫齿结构缓进深切成型磨削温度场研究

摘要

镍基合金涡轮转子叶片属于航空发动机的关键零部件，其榫齿结构的缓进深切成型磨削加工是现阶段先进制造技术研究的重要内容。由于缓进深切磨削过程中加工弧区磨削液的泡核沸腾与成膜沸腾效应，导致了如下特殊现象：正常缓磨时工件表面温度可长期有效控制在约130℃，但温度又容易突然升高导致磨削烧伤。由于目前尚缺乏镍基合金叶片榫齿结构的缓进深切成型磨削温度预测方法，导致从毛坯到成型的整套磨削工艺优化制定缺乏基础数据和理论依据，磨削突发烧伤难以有效控制。 有鉴于此，本课题提出开展镍基合金叶片榫齿结构缓进深切成型磨削温度场研究，通过仿真与实验相结合探索以GH4169镍基合金材料为代表的叶片榫齿结构缓进深切成型磨削过程温度分布与演变规律，据此优选磨削参数，最终达到预测并控制磨削烧伤、从而实现叶片榫齿结构高效精密加工的目标。 本文的主要创新工作及取得的成果如下： （1）开展了棕刚玉砂轮缓进深切成型磨削GH4169镍基合金叶片榫齿结构实验，测试了磨削力与磨削温度，建立了包含磨削参数与总磨削深度在内的切向磨削力经验公式。研究发现，叶片榫齿齿顶的磨削温度高于齿根温度，并且不同齿顶的最高磨削温度基本一致。 （2）通过对比分析，发现三角形移动热源模型比矩形移动热源模型更适合用于叶片榫齿结构的缓进深切成型磨削温度场仿真。在此基础上，建立了叶片榫齿结构缓进深切成型磨削温度场仿真模型；通过仿真与实验对比研究，确定了不同磨削工艺条件下弧区磨削液冷却系数的经验公式。 （3）基于缓进深切磨削实验确证了本课题所建立的叶片榫齿结构磨削温度场仿真模型的准确性。探明了叶片榫齿结构缓进深切成型磨削温度的分布特征与演变规律，发现榫齿顶部通常为最高磨削温度区域，容易发生磨削烧伤现象。以此为基础，优化了叶片榫齿结构从矩形毛坯到完全加工成型的整套磨削工艺参数组合，提高了加工效率。评价了优选工艺参数组合条件下缓进深切成型磨削加工的叶片榫齿结构表面完整性，未发现加工缺陷。

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