鎳基高溫合金整體葉輪高效加工應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、整體葉輪作為發(fā)動(dòng)機(jī)透平機(jī)械核心部件，工作溫度高，承受交變、沖擊載荷，苛刻的工作條件對(duì)整體葉輪材料性能提出高要求。鎳基高溫合金在高溫下具有良好的抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變性能以及優(yōu)異的疲勞壽命，適合作為整體葉輪材料。然而，良好的物理、機(jī)械性能意味著較差的切削加工性能，鎳基高溫合金切削過(guò)程中切削力大、切削溫度高、刀具磨損快、加工硬化與殘余應(yīng)力顯著，給切削刀具與切削參數(shù)的選擇帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。除了材料難加工之外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)大推升比與高效率的要求，整體

2、葉輪結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化，本文所研究的整體葉輪屬于半開(kāi)式-長(zhǎng)短葉片離心整體葉輪。這一類整體葉輪流道窄而深、開(kāi)敞性差，葉片薄、曲面扭曲大，葉片長(zhǎng)厚比大，易發(fā)生切削變形和振動(dòng)，對(duì)切削過(guò)程穩(wěn)定性要求高。
　　 鎳基高溫合金切削過(guò)程中隨著切削速度增大會(huì)先后出現(xiàn)切屑自由表面的周期性裂紋擴(kuò)展與剪切帶局部熱塑性失穩(wěn)而生成鋸齒形切屑。低速時(shí)切屑自由表面材料的應(yīng)變硬化效應(yīng)遠(yuǎn)超過(guò)剪切帶內(nèi)部材料的熱軟化效應(yīng)，從而切屑自由表面材料脆性增大，切屑在彎曲過(guò)程中容

3、易產(chǎn)生微裂紋;高速時(shí)剪切帶內(nèi)部材料的熱軟化效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切屑自由表面的應(yīng)變硬化效應(yīng)，從而出現(xiàn)局部熱塑性失穩(wěn)，材料沿剪切面滑移而形成鋸齒形切屑。鋸齒生成過(guò)程中切削力產(chǎn)生周期性鋸齒類波動(dòng)，使得切削刃承受周期性沖擊載荷，易加劇切削刀具磨損。
　　 開(kāi)展葉片側(cè)銑力學(xué)建模與表面完整性研究。建立變切削厚度的三維力-熱耦合的微單元有限元模型，對(duì)參與切削的微元切削力積分得到仿真切削力，進(jìn)而獲得切削力導(dǎo)致的葉片變形。建立連續(xù)進(jìn)刀的變切削厚度的力-熱

4、耦合等效二維銑削殘余應(yīng)力模型，獲得殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致的葉片變形，研究切削刃鈍圓半徑對(duì)殘余應(yīng)力再分布的影響規(guī)律。針對(duì)葉片半精銑削工藝特征，開(kāi)展加工硬化試驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)不同切削參數(shù)的切削力、殘余應(yīng)力與加工硬化及對(duì)葉片半精側(cè)銑影響的試驗(yàn)或仿真研究，獲得優(yōu)化切削參數(shù)。
　　 針對(duì)葉輪流道插銑過(guò)程刀具弱剛性特點(diǎn)，建立大圓角插銑刀非對(duì)稱插銑切削力模型與切削動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)合插銑模態(tài)試驗(yàn)獲得基于振動(dòng)微位移與“讓刀”位移的插銑切削力，對(duì)插銑切削參數(shù)