CN116160324A - 一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，包括以下过程，采用砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片进行磨削加工；首先采用快给进速度加工，快给进速度时砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片表面进行给进速度不小于1500mm/min的磨削加工；最后两刀采用给进速度为不大于600mm/min的磨削加工；所述砂轮为单晶刚玉砂轮，磨削线速度为45m/s，切削深度不大于0.3mm。用于解决现有技术中，高速磨削过程中烧伤过热产生再结晶，影响加工质量的问题。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机领域，具体属于一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法。
背景技术
涡轮导向叶片为航空发动机关键部件之一，受燃烧室高温热冲击，为了提高涡轮导向叶片的耐热性，目前航空发动机涡轮导向叶片已使用DD5、DD6单晶铸造高温合金。
目前涡轮导向叶片采用五轴磨削中心使用混合刚玉砂轮(WA/PA)成型磨削方式，但是采用现有的磨削方式容易在对涡轮导向叶片的磨削过程中烧伤过热产生再结晶，影响涡轮导向叶片的加工质量。
综上所述，现有技术中对于单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的磨削方法存在高速磨削过程中烧伤过热产生再结晶，影响加工质量的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，用于解决现有技术中，高速磨削过程中烧伤过热产生再结晶，影响加工质量的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，包括以下过程，
采用砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片进行磨削加工；首先采用快给进速度加工，快给进速度时砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片表面进行给进速度不小于1500mm/min的磨削加工；最后两刀采用给进速度为不大于600mm/min的磨削加工；
所述砂轮为单晶刚玉砂轮，磨削线速度为45m/s，切削深度不大于0.3mm。
优选的，所述砂轮厚度范围为10mm至60mm。
优选的，在砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片进行磨削加工时，采用滚轮进行跟随式修正，修正砂轮的型面轮廓。
进一步的，砂轮的修正量为0.12μm/r。
进一步的，滚轮主轴转速大于5879r/min。
优选的，砂轮主轴转速大于7349r/min。
优选的，磨削加工过程中采用冷却压力不小于10个大气压压力进行冷却。
优选的，单晶铸造高温合金涡轮导向叶片装夹时与工装定位点间隙不大于0.03mm。
优选的，砂轮与滚轮之间的速比为0.8。
优选的，单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的缘板圆弧面和端面的公差均小于0.05mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，通过砂轮、设备功能、加工材料及导向叶片加工行程结合，制定了一种单晶涡轮导向叶片的高速磨削方法，效率提升了近4倍，该加工过程中的磨削方法经济有效，同时能够有效的避免了单晶叶片的烧伤，防止再结晶。本发明是适用于DD5、DD6铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法使磨削线速度Vs＝45m/s、进给速度Vw＝1300mm/min、切削深度ap≤0.3mm，磨削效率提升4倍，表面完整性要求符合相应标准。通过采用砂轮晶体为单晶，晶体尺寸小于普通刚玉砂轮，不易破坏。具有磨削锋利、自锐性好、耐用度高、韧性好和价格低的特点，调整进给速度降低磨削过程中产生的磨削热，避免产生烧伤和再结晶
附图说明
图1为实施例刚玉砂轮示意图。
图2为磨削方式示意图。
图3为金相检测示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，包括以下过程，采用砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片进行磨削加工；首先采用快给进速度加工，快给进速度时砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片表面进行给进速度不小于1500mm/min的磨削加工；最后两刀采用给进速度为不大于600mm/min的磨削加工；砂轮为单晶刚玉砂轮，磨削线速度为45m/s，切削深度不大于0.3mm。
本发明的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，通过砂轮、设备功能、加工材料及导向叶片加工行程结合，制定了一种单晶涡轮导向叶片的高速磨削方法，效率提升了近4倍，该加工过程中的磨削方法经济有效，同时能够有效的避免了单晶叶片的烧伤，防止再结晶。
实施例
本实施例中某机单晶铸造高温合金涡轮导向叶片在加工过程中采用多工位集成加工技术，分为2道工序，共13个工位磨削成型，其中，磨进气侧缘极及叶盆楔面工序有5个工位，磨排气侧缘板及叶背楔面工序有9个工位；各个工位的切削参数相同，本实施例中以典型的型面端面、圆弧面为例。
端面：首先将叶片装夹在专用工装上，工作台旋转到0°，砂轮规格：300×25×76.2，磨料：88A46-3E16-QV36-50S。在磨削过程中，砂轮修整采用跟随式修整，砂轮的修正量0.12μm/r，使砂轮时刻保持锋利的状态，保证零件的加工质量。端面尺寸公差在0.05mm内，前7刀磨削过程采用线速度Vs＝45m/s，给进速度Vw＝1500mm/min，零件的前几刀采用大切深ap＝0.3mm。最后2刀减少进给速度Vw＝600mm/min，防止快进给磨削过程过热烧伤零件表面产生再结晶同时提高零件表面粗糙度。
圆弧面：首先将叶片装夹在专用工装上，工作台旋转到105°，砂轮规格：300×15×76.2，磨料：88A46-3E16-QV36-50S，使用滚轮修正砂轮，直至修正出需要的型面轮廓。圆弧面尺寸公差在0.05mm内，前7刀磨削过程采用线速度Vs＝45m/s，给进速度Vw＝1500mm/min，零件的前几刀采用大切深ap＝0.3mm。最后2刀减少进给速度Vw＝600mm/min，防止快进给磨削过程过热烧伤零件表面产生再结晶同时提高零件表面粗糙度。
本发明的目的是DD5、DD6铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法(包括设备参数、砂轮、磨削参数等)。使磨削线速度Vs＝45m/s、进给速度Vw＝1500mm/min、切削深度ap≤0.3mm，磨削效率提升4倍，参考Q/5B691的表面完整性要求符合相应标准。
本发明一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，包括以下步骤：
(1)砂轮选取：
如图1至图3所示，针对生产的刚玉砂轮最大线速度为50m/s，考虑到DD5、DD6材料的难切削性，选取峰航(邯郸)砂轮制品有限公司制备的砂轮牌号为88A46-3E16-QV36-50S，该砂轮的单晶磨料具有切削能力强、硬度和韧性高等特点，特别适合易变形、硬伤零件的磨削，该砂轮外径为300mm，内径为76.2mm，根据零件的工位不同砂轮厚度有10mm、13mm、15mm...至60mm等不同规格。通过选取砂轮晶体为单晶，晶体尺寸小于普通刚玉砂轮，不易破坏。具有磨削锋利、自锐性好、耐用度高、韧性好和价格低得特点。单晶材料的主要优势在于这有一个晶体，无晶界，没有在晶界处存在缺陷、夹渣等缺陷的风险。再结晶的原理是磨削过程中产生过量、急速磨削热，经冷却热冲刷快速冷却，应力释放不均匀，产生应力集中，破坏晶界。根据试验、调整进给速度降低磨削过程中产生的磨削热，经检测未产生烧伤和再结晶。
(2)设备选取：
①砂轮主轴转速需求。砂轮的线速度为Vs＝50m/s，当砂轮消耗直径最小130mm时，因此需要砂轮主轴转速大于7349r/min(n＝线速度Vs/π砂轮最小直径D×60×1000)。
②砂轮修正方式。因高速磨削进给速度Vw/磨削线速度Vs比例较常规磨削进给速度Vw/磨削线速度Vs比例大，导向叶片缘板尺寸较长约150mm-230mm，砂轮的磨料的破碎及自锐性差。在砂轮具备切削能力强、硬度和韧性高情况下，还需要滚轮对砂轮进行跟随式修正对砂轮磨料进行破碎提高自锐性，来保证砂轮的精度高型面轮廓磨削零件，保证零件表面的质量状态，为了降低砂轮的消耗来提高经济性，砂轮的修正量由原0.25μm/r来降低为0.12μm/r。
③滚轮主轴转速。因砂轮与滚轮之间的速比为0.8，常规滚轮直径130mm，因此需要滚轮主轴转速大于5879r/min(n＝线速度Vs/π滚轮直径D1×60×1000×0.8)。
④冷却压力。
由于磨削进给速度Vw＝1500mm/min速度较快，防止零件磨削烧伤，同时为了砂轮气孔中及磨削产生磨料、铁屑应及时排走，因此需要采用增大冷却压力不小于10个大气压压力来降低磨削产生的热量，冲刷排走铁屑等。
(3)磨削参数选取：
假如单晶高温合金零件的表面余量有1.5mm，通过对零件材料、设备及砂轮特征等，各个参数正交试验反复迭代得出磨削参数。基于导向叶片的缘板圆弧及端面尺寸公差在0.05mm内，前7刀磨削过程采用线速度Vs＝45m/s，给进速度Vw＝1500mm/min，零件的前几刀采用大切深ap＝0.3mm。最后2刀减少进给速度Vw＝600mm/min防止快进给磨削过程过热烧伤零件表面产生再结晶同时提高零件表面粗糙度。整个加工过程参数如下表：
本发明中单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的磨削方法还包括以下步骤，
步骤1，装夹零件至装用工装上，使用塞尺检查保证零件与工装定位点间隙不大于0.03mm，使用限力扳手拧紧螺栓压紧零件。
步骤2，使用滚轮修正砂轮，直至修正出需要的型面轮廓；
步骤3，砂轮修磨零件时，保证滚轮对砂轮进行同时修正；同时使用上表中的磨削参数，对零件表面进行磨削加工；
步骤4，加工完后拆卸零件。
零件表面完整性检测结果：
Claims (10)
1.一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，包括以下过程，
采用砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片进行磨削加工；首先采用快给进速度加工，快给进速度时砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片表面进行给进速度不小于1500mm/min的磨削加工；最后两刀采用给进速度为不大于600mm/min的磨削加工；
所述砂轮为单晶刚玉砂轮，磨削线速度为45m/s，切削深度不大于0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，所述砂轮厚度范围为10mm至60mm。
3.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，在砂轮对单晶铸造高温合金涡轮导向叶片进行磨削加工时，采用滚轮进行跟随式修正，修正砂轮的型面轮廓。
4.根据权利要求3所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，砂轮的修正量为0.12μm/r。
5.根据权利要求3所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，滚轮主轴转速大于5879r/min。
6.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，砂轮主轴转速大于7349r/min。
7.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，磨削加工过程中采用冷却压力不小于10个大气压压力进行冷却。
8.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，单晶铸造高温合金涡轮导向叶片装夹时与工装定位点间隙不大于0.03mm。
9.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，砂轮与滚轮之间的速比为0.8。
10.根据权利要求1所述的一种单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的高速磨削方法，其特征在于，单晶铸造高温合金涡轮导向叶片的缘板圆弧面和端面的公差均小于0.05mm。
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