高溫合金環(huán)形件磨削加工方法探討

鄧建榮

摘 要：高溫合金是我國航空工業(yè)加工中，非常重要的一種材料，主要分為：760℃高溫材料、1200℃高溫材料和1500℃高溫材料等方面，并且在一定的應(yīng)力條件下，長期處于高溫加工的狀態(tài)，具有良好的高溫強(qiáng)度，其抗氧化、疲勞性、抗熱腐蝕、以及斷裂韌等性能，基于這些性能，對(duì)高溫合金環(huán)形件磨削加工中的一些方式方法，進(jìn)行了簡要的分析和闡述，希望對(duì)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，給予一定程度上的幫助。

關(guān)鍵詞：高溫合金；環(huán)形件；磨削加工；方法；

此次接到的加工任務(wù)中需要對(duì)高溫合金板料進(jìn)行磨削。高溫合金是航空工業(yè)中常用的難加工材料，磨削加工方式下極易發(fā)生燒傷。為了提高工件的精度和表面粗糙度，在加工工藝上經(jīng)常在平面磨床上對(duì)工件進(jìn)行加工，但由于平面磨床的磁性吸盤只適應(yīng)磁性材料工件的裝夾，很大程度限制了非磁性材料工件精度的提高，有些必須要磨削的非磁性材料工件往往是采用磁性材料擋塊“夾擠”的方式夾持工件來進(jìn)行磨削?，F(xiàn)就用以下兩個(gè)典型零件來進(jìn)行分析：

一、環(huán)形工件分析

（一）以B-4C環(huán)墊塊101環(huán)狀工件為例

該零件帶臺(tái)階內(nèi)孔環(huán)形件，材料為鎳基高溫合金GH4169，熱處理要求為固溶處理。通過對(duì)設(shè)計(jì)圖樣的分析，不難發(fā)現(xiàn)該零件的加工難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

a、工件厚度尺寸為8.7mm，工件最大輪廓直徑為330mm，整環(huán)壁厚20mm。

b、工件基準(zhǔn)平面度要求≯0.01，兩端面平行度≯0.01；

c、工件有一處臺(tái)階沉孔特征，臺(tái)階沉孔深度為1.5±0.02，臺(tái)階沉孔端面與基準(zhǔn)面相互平行度≯0.01；

d、各厚度面表面粗糙度為Ra0.8；

B-4C環(huán)墊塊101

二、以B-1W環(huán)墊塊1116環(huán)狀工件為例

該零件為典型環(huán)狀工件，工件材料為鎳基高溫合金GH3128，熱處理要求為固溶處理。通過對(duì)設(shè)計(jì)圖樣的分析，不難發(fā)現(xiàn)該零件的加工難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

a、工件厚度尺寸為4.1±0.02；

b、兩厚度面表面粗糙度為Ra0.8；

c、兩厚度面形位公差要求平行度≯0.01，允許等厚測量。

B-1W環(huán)墊塊1116

二、加工中的難點(diǎn)

（一）磨削力大

高溫合金的強(qiáng)化相很多（其中Y′、Y〞是主要強(qiáng)化相，碳化物也是其中重要的一種強(qiáng)化相），而且具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度，從而切削不易被切離，造成磨削力比磨普通材料大很多，采用普通磨削法磨削時(shí)，切深抗力大于主切削力。

（二）磨削精度較差

磨削時(shí)溫度高，表面質(zhì)量和磨削精度難以保證，磨削時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的磨削熱，加上高溫合金的導(dǎo)熱系數(shù)很低，磨削熱難以及時(shí)傳出。使磨削區(qū)域溫度可高達(dá)1000～1500℃，容易引起表面局部燒傷，產(chǎn)生燒傷裂紋。表層金屬收縮時(shí)，受到內(nèi)部金屬的牽制，使磨后工件表面呈現(xiàn)有害的拉應(yīng)力，磨削精度難以保證。

三、攻關(guān)措施

因該套任務(wù)要求節(jié)點(diǎn)緊任務(wù)重，經(jīng)內(nèi)部討論，該套任務(wù)中同類零件分別進(jìn)行同型號(hào)設(shè)備選用不用類型砂輪對(duì)比試驗(yàn)及不同類型設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)。

（一）方案1

同時(shí)領(lǐng)取B-1W環(huán)墊塊1116及B-6C環(huán)墊塊119進(jìn)行試驗(yàn)，仍然選用平面磨削加工，但在磨削過程中常出現(xiàn)燒刀及零件翹曲變形等問題。為了解決該問題，我們依然使用所內(nèi)現(xiàn)有的高精度平面磨床MG7132進(jìn)行磨削加工，砂輪材料為單晶剛玉，型號(hào)為SA36K8V，砂輪粒度為36#。同時(shí)增加了磨削翻面次數(shù)，將零件一側(cè)端面徑向方向在一個(gè)截圓范圍內(nèi)完全見光，允許在表面存在未磨起的斑塊，局部使用與翹曲量等厚銅箔墊平后，再翻面平磨另一側(cè)端面。將另一端面磨削至同樣效果后，再翻面平磨。如此往返，逐漸減少未磨起部分面積，使零件內(nèi)部應(yīng)力在自由狀態(tài)下達(dá)到平衡。在磨削過程中時(shí)刻關(guān)注零件表面粗糙度的變化，檢查表面是否存在砂輪燒蝕痕跡。此方案在加工完成后，在平臺(tái)上使用杠桿千分表對(duì)零件兩端面分別進(jìn)行平面度測量，杠桿表顯示最大跳動(dòng)量為0.02mm。使用0～25mm外徑千分尺進(jìn)行等厚度測量，最大厚度差值為0.01mm。通過目視檢查零件表面質(zhì)量，磨削面磨削紋路細(xì)密，一致性好，表面粗糙度符合設(shè)計(jì)圖樣Ra0.8要求，且表面無燒傷現(xiàn)象。缺點(diǎn)為砂輪磨損較快，加工時(shí)間長，操作者加工強(qiáng)度大。

（二）方案2

將與B-1W環(huán)墊塊1116結(jié)構(gòu)相同、尺寸相近的B-5W環(huán)墊塊113外委到西安協(xié)作單位使用雙端面磨床ABWOOO RG1進(jìn)行磨削，選用砂輪材料為白剛玉，型號(hào)為WA46K5V，砂輪粒度為46#，走刀速度為35m/s，總加工時(shí)長兩天（不含外委轉(zhuǎn)運(yùn)周期）。此方案在加工完成后，在平臺(tái)上使用杠桿千分表對(duì)零件兩端面分別進(jìn)行平面度測量，杠桿表顯示最大跳動(dòng)量為0.016，使用0～25mm外徑千分尺進(jìn)行等厚度測量，實(shí)際厚度值為2.879～2.905mm，厚度差為0.026mm，通過目視檢查零件表面質(zhì)量，磨削面磨削紋路細(xì)密，一致性好，表面粗糙度小于Ra0.8，且表面無燒傷現(xiàn)象。缺點(diǎn)為加工設(shè)備較特殊，外委加工所需加工費(fèi)用較高及轉(zhuǎn)工周期較長，且無法現(xiàn)場跟產(chǎn)控制加工質(zhì)量。

（三）方案3

將與B-6C環(huán)墊塊119結(jié)構(gòu)相同、尺寸相近的B-4C環(huán)墊塊101外委到所外協(xié)作單位使用M7132H平面磨床進(jìn)行磨削，選用白剛玉大氣孔砂輪，型號(hào)為WA46L，砂輪粒度為46#，砂輪硬度選用中軟型，走刀速度選用40m/s。采用如方案1同樣的加工方案，多次翻面往復(fù)磨削，用時(shí)一天完成了加工。此方案在加工完成后，在平臺(tái)上使用杠桿千分表對(duì)零件兩端面分別進(jìn)行平面度測量，杠桿表顯示跳動(dòng)量為0.02mm。使用0～25mm外徑千分尺進(jìn)行等厚度測量，最大厚度差值為0.01mm。通過目視檢查零件表面質(zhì)量，磨削面磨削紋路細(xì)密，一致性好，表面粗糙度符合設(shè)計(jì)圖樣Ra0.8要求，且表面無燒傷現(xiàn)象。將方案1與方案3外觀進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，方案1零件表面粗糙度略好于方案3零件。

結(jié)束語：

綜上所述，本文對(duì)以B-1W環(huán)墊塊1116環(huán)狀工件、以B-4C環(huán)墊塊101環(huán)狀工件為例，對(duì)高溫合金環(huán)形件磨削加工中的一些方式方法，進(jìn)行了簡要的分析和闡述，通過利用合理有效的加工方式，不僅僅可以提升高溫合金環(huán)形件磨削加工的質(zhì)量和效率，對(duì)其行業(yè)的發(fā)展也提供了重要的技術(shù)支持。

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