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- 航空合金磨削机理与工艺研究
- 作者： 张红霞 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 高温合金 修整性能 SG砂轮 磨削烧伤 磨削机理 钛合金 金刚石滚轮
- 描述： 叶片数控磨削加工难题已成为我国航空发动机研制的瓶颈，叶片磨削参数优化技术是叶片高效数控磨削的关键技术之一。叶片航空合金磨削加工工艺参数的选择和优化来源于对磨削过程深入、系统的研究。本文首先采用数值模拟和理论解析的方法对磨削过程的微观机理和宏观理论进行分析，然后采用先进的实验测试方法，对磨削过程中磨削力、磨削温度、磨削比、表面粗糙度及表面形貌、表面残余应力、显微硬度及金相组织等性能指标进行测量和分析，基于实验结果对叶片航空合金的磨具及磨削用量选择、磨削烧伤机理、砂轮修整工艺和修整机理进行了全面、深入的研究。以磨削理论为基础，基于高速切削理论和有限元法，对单颗磨粒大负前角切削过程进行了有限元建模和数值模拟，实现了变形区不均匀热－力耦合强应力场的数值化，从微观角度深入分析了磨削机理。运用概率统计的方法研究了磨削弧内磨粒的随机分布，并通过测量磨粒点温度响应的方法进行了实验验证，从宏观角度深入分析了磨削理论，为后续的磨削加工基础工艺实验研究提供了理论依据。采用SG微晶氧化铝砂轮和普通砂轮进行了航空合金磨削的基础工艺实验，根据实验结果首次提出SG微晶氧化铝砂轮磨削钛合金的性能明显优于普通磨粒砂轮，并基于SG磨料采用溶胶－凝胶工艺形成的微晶结构分析了SG砂轮具有优异的磨削性能的原因。系统地考察了不同磨削用量对磨削力、磨削温度和工件表面完整性的影响，获得较优的磨削参数。在上述实验基础上，建立了SG砂轮磨削钛合金TC6的磨削力、磨削温度和工件表面粗糙度的数学模型，为SG砂轮在钛合金磨削中的应用提供参考。对航空合金磨削过程中的磨削烧伤机理进行了深入的研究。磨削高温使工件表面发生烧伤，烧伤时表面形貌恶化，严重时表面出现裂纹，方向大体与磨削方向垂直。工件表面发生磨削烧伤时材料表层的金相组织发生变化。钛合金相颗粒明显粗化，高温合金主要强化相γ'相聚集长大溶入γ基体内且呈不均匀分布，使烧伤层合金的物理机械性能大幅度下降，这也是应避免磨削烧伤的主要原因。采用金刚石滚轮轴向修整法对SG微晶氧化铝砂轮进行了修整实验，深入研究了金刚石滚轮的修整效果和修整机理。增大修整深度或提高轴向速度均使修整出来的砂轮比较锋利，磨削能力强；而减小修整深度或降低轴向速度能显著降低砂轮表面粗糙度，从而提高磨削工件的表面质量。修整速比对工件表面粗糙度的影响比较复杂。研究发现，修整速比为0.4时修整出来的砂轮磨削后工件表面质量较好。综合考虑磨削效率和磨削质量得到较优的修整参数。在分析实验结果的基础上，深入探讨了砂轮修整机理和工件表面形貌形成机理。本文的研究工作为叶片航空合金的磨削工艺、金刚石滚轮修整工艺及参数选择提供理论和实验依据，对叶片数控磨削工艺参数选择具有一定的参考价值。