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大型镍基高温合金Waspaloy燃烧室机匣铣加工技术研究


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 大型镍基高温合金 Waspaloy 燃烧室机匣铣 加工技术研究 作者:范大宇 王涛 来源:《科技创新与应用》2013 年第 29 期 摘 要:本文针对 GE 燃烧室机匣零件 9977014-067P01 的加工研制过程进行了分析和阐 述,该零件材料为镍基高温合金 Waspaloy,内外型面遍布凸台,是比较难加工的大型机匣类 零件。本文详细介绍了该类零件的结构特点、数控程序编制、刀具选择、刀轨优化等的具体实 施过程。 关键词:燃烧室机匣;Waspaloy;带角度铣头的铣加工 零件 9977014-067P01 是 GEAE 公司 GE90 发动机燃烧室机匣,材料为镍基高温合金 Waspaloy,固溶时效状态,内外型面遍布凸台和矩形槽,毛坯为环形锻件,内型面全部为黑皮 状态,内外型面均有单边 12mm 厚的余量需要机加去除。其中需铣加工去除的材料约占所有余 量的 60%,攻克该机匣铣加工技术成为该件研究的重点。 1 Waspaloy 的材料特性介绍 Waspaloy 合金是美国 20 世纪 50 年代发展起来的沉淀硬化型镍基高温合金,在我国与其相 应的合金牌号是 GH864 或 GH738。该合金在 760℃以下具有高的拉伸和持久强度,在 870 ℃ 以下具有良好的抗氧化性能,其最大的优点是良好的强韧化匹配,即在高强度的条件下又具有 足够的韧性,已经成功地应用到航空、石油和化工装备上,是一种比 Inconel718(国产牌号为 GH4169)更难加工的合金材料。 镍基高温合金切削加工的主要问题表现在以下几个方面:a.塑性变形很大。由于合金中有 大量奥氏体组织存在,导致塑性变形大,切削变形系数大;b.切削力较大。镍基高温合金其单 位切削力一般为加工钢材的 1~3 倍;c.切削温度高。在相同条件下,切削温度约为 45#钢的 1.5~2 倍;d.刀具易磨损。由于镍基高温合金的材料性质,导致加工时刀具机械磨损、粘结磨 损、扩散磨损和氧化磨损均比较严重,刀具寿命极低;e.加工硬化现象严重。镍基高温合金加 工时其加工表面硬化程度可达基体硬度的 2~5 倍。 2 零件的工艺性分析 2.1 零件结构特点 零件规格为:φ1105.916mm×φ1051.56mm×H503.3mm,上下部壁厚仅为 5.27mm 和 5.52mm。外型面由直线段、样条线连接组成,内外型面遍布 18 个凸台,中部存在 60 个矩形 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 槽和 30 个 φ47mm 的径向孔。零件大端安装边公差精度± 0.05mm,表面粗糙度 3.2μm。因为内 型面 2/3 的区域都存在凸台,所以内型面带角度铣头的铣加工是无法回避的问题,由于内型凸 台形状复杂且无法在机床上直接测量,只能编制刀尖跟踪程序来满足内型面的加工要求。 2.2 零件铣加工工艺分析 零件需要进行大量的铣削加工,新件研制初期,零件外型面粗铣全部采用 φ40R6 的仿形 铣刀进行铣削,刀具成本高,加工效率低;内型面的铣削加工更是加工难点,由于黎明公司还 从未进行过如此大量的带角度头内型面铣削加工,所以没有任何技术资料可供参考,必须摸索 加工;另外零件凸台形状十分复杂,且部分凸台的转接圆角位置属于不完整圆角,所以在程序 编制方面又是个挑战。 3 零件铣加工的主要问题及解决方法 3.1 快进给铣刀的应用 零件大量的铣削加工,导致加工周期过长,而 Waspaloy 材料极差的切削性能,也造成了 刀具成本的急剧增加。 快进给

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