技术交流 › 磨削技术 › 新型镍基高温合金磨削性能实验研究

wangyuansi 发表于 2007-12-3 20:34:49

新型镍基高温合金磨削性能实验研究

<table><tbody><tr><td style=\"font-weight:bold\">新型镍基高温合金磨削性能实验研究 </td></tr><tr><td><table cellspacing=\"0\" cellpadding=\"0\" width=\"100%\" border=\"0\"><tbody><tr><td class=\"content\" valign=\"top\" style=\"height:10em\"><table style=\"table-layout:fixed;width:24;height:24\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><font face=\"Arial\"><strong>1 引言</strong> <br /><br />高温合金是多组元复杂合金，具有优良的高温强度和热稳定性，在600～1100℃的氧化和燃气腐蚀条件下能长期工作，因而被广泛应用于航空、宇航、船舶及化学工业中。工业生产中通用的高温合金分为铁基、镍基和钴基三类，本文研究的为ВЖЛ1型(以下简写为此代号)镍基高温合金。 <br /><br />由于高温合金通常作为关键器件在高温和复杂应力条件下长期工作，为了获得良好的性能，在加工过程中通常需添加各种元素和采用强化工艺，使得高温合金的切削(磨削)加工性能较差，主要体现在： <br /><br />1) 磨削高温合金时，砂轮磨粒有较严重的磨耗磨损和粘附堵塞，磨削比很低(普通砂轮的磨削比G=1～2)； <br />2) 由于镍基高温合金材料中含有高熔点合金元素，具有碳化物相及金属间化合物g\"相和g\'相，易产生强烈的塑性变形，因而磨削力比一般钢料大得多； <br />3) 由于高温合金的热导率很低，因而磨削时传入工件的热量百分比较低，且热量集中在极薄的磨削表面层，使得磨削温度很高； <br />4) 在磨削力和温度的综合作用下，产生磨削烧伤，表面质量不易保证。 <br /><br />ВЖЛ1是沈阳黎明航空发动机集团研制的一种新型</font><a class=\"heiw\" href=\"http://mw.newmaker.com/cat_1050013.html\" target=\"_blank\"><font face=\"Arial\" color=\"#000000\">铸造</font></a><font face=\"Arial\">镍基高温合金，实际生产中的加工性能较差，为了提高大批量生产的加工效率和质量，降低成本，研究其磨削加工性能具有十分重要的意义。 <br /><br /><b>2 ВЖЛ1的化学成分和力学性能</b> <br /><br />ВЖЛ1的成份复杂，主要为镍(约≥60%)及Cr、W、Mo、Ti.、Al、C等几种元素，对一些微量组份(例如S、P、Mn、Si等)进行严格的控制，使其具有良好的高温强度和热稳定性，常温下拉伸强度</font><font face=\"symbol\">s</font><font face=\"Arial\">_b≥670MPa，布氏硬度为300～600。ВЖЛ1各组成成份的含量见表1。 </font><p align=\"center\">表1 ВЖЛ1合金含量组成 % <br /><table bordercolor=\"#006600\" cellspacing=\"0\" bordercolordark=\"#f5fbca\" cellpadding=\"0\" width=\"100%\" align=\"center\" border=\"1\"><tbody><tr align=\"center\"><td>元素 </td><td>C </td><td>Cr </td><td>W </td><td>Mo </td><td>Ti </td><td>Al </td><td>Ni </td><td>Fe </td><td>B </td><td>Si </td><td>S </td><td>P </td></tr><tr align=\"center\"><td>含量 </td><td>0.10-0.17 </td><td>15.0-17.0 </td><td>2.0-2.5 </td><td>3.5-5.0 </td><td>2.0-3.0 </td><td>2.0-2.8 </td><td>基 </td><td>≤3.5 </td><td>≤0.13 </td><td>≤2.0 </td><td>≤0.02 </td><td>≤0.02</td></tr></tbody></table></p><b>3 ВЖЛ1磨削性能的实验</b> <br /><br />1) 实验条件 <br /><br />试件：43.5×25×240mm铸件；实验磨削面尺寸：磨削长度l=43.5mm，磨削宽度b=10.0mm；加工设备：液压万能工具<a class=\"heiw\" href=\"http://mw.newmaker.com/cat_1050007.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨床</font></a>MYA6025，内圆工具<a class=\"heiw\" href=\"http://mw.newmaker.com/cat_1050007.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨床</font></a>MD215。 <br /><br />磨具材料：平磨125×32×15粒度100#CBN砂轮(浓度100%)，125×32×15粒度180#CBN砂轮(浓度100%)，125×32×15粒度80#白刚玉砂轮；内圆磨<font face=\"symbol\">f</font>10粒度120#CBN砂轮，<font face=\"symbol\">f</font>10粒度180#CBN砂轮(浓度100%)。 <br /><br />测试仪器采用Kistler压电三向动态测力仪9257B，Kistler电荷放大器5007，数据采样系统采用12位A/D接口卡，486微机，数据采集处理软件系统。 <br /><br />2) 实验方案 <br /><br />a. 磨削正交实验中，依据二因素三水平正交实验方案(见表2)用180#CBN砂轮进行磨削。 <p align=\"center\">表2 磨削正交实验及结果 <br /><table bordercolor=\"#006600\" cellspacing=\"0\" bordercolordark=\"#f5fbca\" cellpadding=\"0\" width=\"100%\" align=\"center\" border=\"1\"><tbody><tr align=\"center\"><td>实验号 </td><td>F_r<br />mm </td><td>V_s<br />m/s </td><td>F_t<br />N </td><td>F_n<br />N </td></tr><tr align=\"center\"><td>1 </td><td>0.01 </td><td>17.52 </td><td>17.45 </td><td>27.21 </td></tr><tr align=\"center\"><td>2 </td><td>0.01 </td><td>25.96 </td><td>12.60 </td><td>23.22 </td></tr><tr align=\"center\"><td>3 </td><td>0.01 </td><td>32.45 </td><td>7.97 </td><td>15.64 </td></tr><tr align=\"center\"><td>4 </td><td>0.02 </td><td>17.52 </td><td>30.02 </td><td>45.56 </td></tr><tr align=\"center\"><td>5 </td><td>0.02 </td><td>25.96 </td><td>23.05 </td><td>39.46 </td></tr><tr align=\"center\"><td>6 </td><td>0.02 </td><td>32.45 </td><td>15.72 </td><td>25.74 </td></tr><tr align=\"center\"><td>7 </td><td>0.03 </td><td>17.52 </td><td>42.69 </td><td>62.30 </td></tr><tr align=\"center\"><td>8 </td><td>0.03 </td><td>25.96 </td><td>33.84 </td><td>55.45 </td></tr><tr align=\"center\"><td>9 </td><td>0.03 </td><td>32.45 </td><td>25.92 </td><td>44.49</td></tr></tbody></table></p>b. 磨削力随磨削过程变化实验方案，分别用新修整过的WA 80#、CBN 100#、CBN 180#砂轮进行实验，记录实验的磨削力。方式：逆磨，实验次数：80～100次，参数：Vs=25.8m/s，Fr=0.01mm，VW=0.67m/min。 <br /><br />c. 修整方案，先进行修圆，采用金刚石笔修整法。白刚玉砂轮修整参数为：粗修Vs=25.8m/s，Fr=0.02mm，Fa=1mm/s，2次；精修Vs=25.8m/s，Fr=0.01mm，Fa=1mm/s，2次；光修Vs=25.8m/s，Fr=0mm，Fa=1mm/s，2次；CBN砂轮的修整方案为：精修Vs=25.96m/s，Fr=0.01mm，Fa=1mm/s，4次；光修Vs=25.96m/s，Fr=0mm，Fa=1mm/s，2次。 <br /><br />d. 内圆磨削工艺实验 分别采用外径为<font face=\"symbol\">f</font>10的CBN120#和CBN180#的内圆磨砂轮对内孔径为<font face=\"symbol\">f</font>10的试件进行磨削工艺实验，磨削砂轮的转速为24000r/min，加<a class=\"heiw\" href=\"http://cl.newmaker.com/product/1210012001.973.1.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">切削液</font></a>，测定粗糙度进行比对，然后检验加工质量，作为实际生产中的应用依据。 <br /><br />3) 磨削力经验公式 <br /><br />通过采用正交实验和多元线性分析可以得到磨削力经验公式为 <br /><br /><center>F_t=10^4.32F_r^0.924V_s^-1.003<br />F_n=10^4.00F_r^0.823V_s^-0.741</center><br /><br />式中Ft、Fn的单位为N，Fr的单位为mm，Vs的单位为mm/s。受实验条件的限制，把平台的移动速度固定为VW≈0.67m/min。 <br /><br />根据磨削力经验公式和进给量对磨削力的影响示意图(见图1、2)可以看出，用CBN 180#磨削ВЖЛ1的过程中，磨削力并不大，它随进给量Fr的增大而增大，随砂轮磨削速度的增大而明显降低，因此进给量对磨削力影响十分显著。 <p align=\"center\"><img src=\"http://img.newmaker.com/nmsc/u/art_img/20056/20056129502394601.gif\" border=\"0\" alt=\"\" /> <img src=\"http://img.newmaker.com/nmsc/u/art_img/20056/20056129502799034.gif\" border=\"0\" alt=\"\" /> <br />图1 进给量对磨削切向力的影响示意图 图2 进给量对磨削径向力的影响示意图</p>4) 磨削力随磨削过程变化的结果分析 <br /><br />a. 白刚玉进行磨削加工时的磨削力变化过程 <br /><br />变化过程曲线如图3所示。图中分别伴随以Ft、Fn的曲线为Ft和Fn的趋势线。在用刚玉砂轮进行加工的过程中，磨削力一直增大，在全部磨削过程中伴随有较严重的粘附现象，相当于一个磨损钝化的砂轮在磨削时，有时会因部分磨粒的脱落而使磨削力在一段时期内下降，到最后阶段砂轮的表面基本都被磨削材料覆盖，造成粘附的金属与被磨零件表面接触，因此Fn方向的力急剧增加，而Ft方向的力由于变成了滑动摩擦，故而变化不大。 <p align=\"center\"><img src=\"http://img.newmaker.com/nmsc/u/art_img/20056/20056129512345712.gif\" border=\"0\" alt=\"\" /> <br />图3 白刚玉砂轮磨削时磨削力随磨削过程的变化</p>虽然用刚玉砂轮磨削时磨削力不断增加，但在80次以前磨削力并不大，说明刚玉砂轮材料在少量磨削的情况下还是比较锋利的，效率较高，但在大量磨削情况则不易采用。 <br /><br />b. CBN 100#磨削加工时磨削力的变化 <br /><br />变化过程的曲线如图4所示，图中分别伴随以Ft、Fn的曲线为Ft和Fn的趋势线。由图可见，用刚修整过的砂轮磨削时，初期磨削力相对较小，随后磨削力迅速增至最大值，达到一定磨削力后再继续磨削，磨削力又有一定程度的降低，并达到一个较长的稳定阶段。工艺系统弹性变形使刀及刚修过的砂轮表面容易脱落，磨削力降低，实际磨削深度增大。由于砂轮表面磨粒数已基本稳定，磨粒迅速钝化，当磨削力不断增大到超过粘结剂及磨粒所能承受的程度时，磨粒开始脱落，使参与磨削的有效磨粒数减少，因而磨削力又有一定程度的下降，在降到一定程度后开始达到稳定状态，稳定状态开始的次数约为20～30次。CBN砂轮的稳定状态较长，说明CBN砂轮的耐磨性较好，磨粒不易磨钝。 <p align=\"center\"><img src=\"http://img.newmaker.com/nmsc/u/art_img/20056/20056129524149095.gif\" border=\"0\" alt=\"\" /> <br />图4 采用CBN100#<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>时磨削力随磨削过程的变化</p>c. 磨削加工时磨削力的变化 <br /><br />如图5所示，变化过程的曲线中同样伴随线为Ft、Fn的趋势线。由图可见，用CBN180#砂轮磨削时的磨削过程变化与CBN100#磨削过程基本相同。不同的是，CBN180#砂轮磨削力要小得多，这主要是磨削过程中磨粒更容易脱落，使得参与磨削的磨粒数减少，因此磨削力小。 <p align=\"center\"><img src=\"http://img.newmaker.com/nmsc/u/art_img/20056/20056129531412128.gif\" border=\"0\" alt=\"\" /> <br />图5 采用CBN180#<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>时磨削力随磨削过程的变化</p>5) 砂轮的磨削及磨损状况 <br /><br />a. 砂轮的表面状况 <br /><br />在磨削高温合金的过程中都伴随一定的粘附。刚玉<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>的粘附较为严重，原因是用刚玉磨削时，诸如Cr2O3、Al2O3等均属六方系统，有a-Al2O3结构，其点阵参数相近，会使Al、Cr、Ti等通过其表面氧化物与刚玉形成较强的粘附，只要用刚玉磨削高温合金，不管采取多大的磨削用量都会发生粘附；增大磨削深度ap会导致磨削力和磨削温度增大，粘附会相应增加。用CBN<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>磨削时，只有轻微的粘附现象，由于CBN砂轮的自锐性比较好，故两种砂轮的磨削力可以保持长期稳定阶段，说明了CBN砂轮对ВЖЛ1材料有良好的磨削性能。 <br /><br />b. 砂轮的磨损 <br /><br />用几种<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>磨削ВЖЛ1的磨削比如表3所示。用白刚玉或单晶刚玉磨削高温合金的磨削比通常比较低，而CBN100#砂轮在相同条件下有较高的磨削比，说明其磨削性能好；CBN180#砂轮磨削比较低，说明其良好的自锐性使表面的粘附少，适于对ВЖЛ1的精加工。 <p align=\"center\">表3 磨削比 <br /><table bordercolor=\"#006600\" cellspacing=\"0\" bordercolordark=\"#f5fbca\" cellpadding=\"0\" align=\"center\" border=\"1\"><tbody><tr align=\"center\"><td><a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a> </td><td>WA80# </td><td>CBN100# </td><td>CBN180# </td></tr><tr align=\"center\"><td>磨削比(G) </td><td>1.174 </td><td>8.92 </td><td>1.11 </td></tr><tr><td colspan=\"4\">注：磨削条件V_s=25.8m/s，F_r=0.01mm，V_W=0.67m/min。</td></tr></tbody></table></p>6) 磨削表面加工质量 <br /><br />磨削表面粗糙度与砂轮的单位面积磨粒数、磨粒分布及切削痕迹有关。在本次实验的粗糙度测试中，在相同条件下用三种<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>分别对高温合金ВЖЛ1和K24进行磨削，其磨削情况的对比见表4。对高温合金的有进给平磨磨削中，CBN砂轮的磨削质量没有明显的改善，尤其在使用CBN180#的加工中，表面质量有所下降，说明在有进给加工中磨削效果较差，建议在生产中的最后精加工工序中采用精磨或无进给光磨，以提高其表面质量。 <p align=\"center\">表4 ВЖЛ1和K24的表面质量对比(Ra/祄) <br /><table bordercolor=\"#006600\" cellspacing=\"0\" bordercolordark=\"#f5fbca\" cellpadding=\"0\" align=\"center\" border=\"1\"><tbody><tr align=\"center\"><td rowspan=\"2\">高温合金 </td><td colspan=\"3\"><a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a> </td></tr><tr align=\"center\"><td>WA80# </td><td>CBN100# </td><td>CBN180# </td></tr><tr align=\"center\"><td>ВЖЛ1 </td><td>1.06 </td><td>1.0 </td><td>1.93 </td></tr><tr align=\"center\"><td>K24 </td><td>1.01 </td><td>0.886 </td><td>1.43</td></tr></tbody></table></p>7) 内圆磨削工艺实验结果及分析 <br /><br />在ВЖЛ1内圆磨削时，为应用CBN砂轮提供实验依据和经验加工参数，特别用两种CBN砂轮对孔径为<font face=\"symbol\">f</font>的试件进行了工艺实验，实验结果见表5。从表中可以看出，用CBN内圆磨砂轮加工ВЖЛ1高温合金表面质量良好，粗糙度有明显的改善(<0.7)，建议采用的磨削速度为24000～30000r/min。 <p align=\"center\">表5 内圆磨实验的表面质量 <br /><table bordercolor=\"#006600\" cellspacing=\"0\" bordercolordark=\"#f5fbca\" cellpadding=\"0\" width=\"100%\" align=\"center\" border=\"1\"><tbody><tr align=\"center\"><td>实验号 </td><td>Ra (祄) </td></tr><tr align=\"center\"><td>a </td><td>3.72 </td></tr><tr align=\"center\"><td>b </td><td>1.35 </td></tr><tr align=\"center\"><td>c </td><td>0.70 </td></tr><tr align=\"center\"><td>d </td><td>0.168 </td></tr><tr><td colspan=\"2\">注：a——未经加工的试件，b——用CBN120#粗加工的试件，c——在实验b基础之上用CBN180#加工的试件，d——在实验c基础之上进行研磨抛光的试件，磨削条件为：加磨削液，加工速度为24000r/min。</td></tr></tbody></table></p>8) 磨削加工中磨削液的选择 <br /><br />由于高温合金的导热性能较差，磨削时传入工件热量的百分比较低，磨削中产生的大量热量集中在极薄的磨削表面层，因而磨削温度很高，易使表面烧伤，产生烧伤裂纹，当表面金属收缩时，受内部金属的牵制，使磨后工件表面呈有害的拉应力，磨削精度降低，因此磨削时应注意在<a class=\"heiw\" href=\"http://cl.newmaker.com/product/1210012001.973.1.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">切削液</font></a>充足的条件下进行，以便带走较多的切削热及冲洗试件和砂轮表面，从而获得较好的磨削质量。一般采用油基磨削液喷注冷却，以减少砂轮阻塞。 <br /><br />9) 磨削用量的合理选择 <br /><br />在高温合金ВЖЛ1的磨削加工中，一般采用较小的磨削余量、适中的工件速度和中等偏上的砂轮速度。磨削所留的余量应该比磨削碳钢时小一些，以减小磨削工作量，粗磨时一般留0.15～0.3mm，精磨时留0.03～0.05mm。实验表明，砂轮的线速度在25～30m/s左右时加工效果较好，也可采用高速磨削(40～60m/s)，这样金属切除率和磨削比将大大提高，但必须具备相应的设备和技术措施。工件速度对磨削烧伤影响较大，磨削高温合金时应适当提高工件速度，但不宜过高，否则会引起自激震荡。 <br /><br /><b>4 结语</b> <br /><br />通过对镍基高温合金ВЖЛ1的磨削特性进行的实验研究，获得了不同<a class=\"heiw\" href=\"http://tools.newmaker.com/cat_1190011.html\" target=\"_blank\"><font color=\"#000000\">磨料</font></a>下磨削力、磨削表面状况和磨削比等基本特性随磨削过程变化的情况，得出了精磨时磨削力随磨削参量变化的经验公式，为生产实际提供了可靠的依据，在实际应用中得到了良好的效果。<br /><br /><br /><font face=\"Arial\">作者：王殿龙 陈劲枰 庞继有 孙安有 张川</font> </td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table>

wangyuansi 发表于 2007-12-3 20:36:16

<table class="main_table" cellspacing="0" cellpadding="0" width="98%" align="center" border="1"><tbody><tr><td class="thick" valign="top" width="170"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" style="padding-right:10px;padding-left:10px;word-break:break-all"><tbody><tr><td style="font-weight:bold;color:#990000;word-break:break-all"><a href="http://mc.bbs.pepo.cn/page/bbs/pages/user/getUserById.aspx?id=196203">yipianyun </a></td><td align="right" style="filter:gray()"><img alt="男" src="http://mc.bbs.pepo.cn/page/images/male.gif" /></td></tr><tr><td colspan="2"><img alt="用户头像" src="http://data.pepo.cn/data/user/196203/20071109/633302438336093750.gif" width="145" /></td></tr><tr><td colspan="2"><img alt="等级" src="http://mc.bbs.pepo.cn/data/group/mc/grade/633265818876093750.gif" /></td></tr><tr><td colspan="2">等级：级别7</td></tr><tr><td colspan="2">角色：版主</td></tr><tr><td colspan="2">积分：32</td></tr><tr><td colspan="2">[圈币]论坛币 ：49</td></tr><tr><td colspan="2">精品文章：0</td></tr><tr><td colspan="2">文章：3</td></tr><tr><td colspan="2">回帖：12</td></tr><tr><td colspan="2">加入时间：2007-11-08</td></tr></tbody></table></td><td class="thick" valign="top"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="0"><tbody><tr><td class="thickList"><table width="100%"><tbody><tr><td></td><td align="right"></td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table><table><tbody><tr><td style="font-weight:bold"><br /><img alt="发贴心情" src="http://mc.bbs.pepo.cn/page/bbs/images/topicface/face1.gif" align="absMiddle" /> 回复:新型镍基高温合金磨削性能实验研究 </td></tr><tr><td><table height="100%" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="0" style="word-wrap:break-word"><tbody><tr style="height:10em"><td class="content" valign="top"><table style="table-layout:fixed;width:24;height:24"><tbody><tr><td valign="top">分析的非常好,我们厂只在无心磨床上磨过高温合金,很不好磨.没有用CBN砂轮,用的是棕刚玉80粒度,用油作冷却,效果也很好.缺点就是油烟大. </td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table>

查看完整版本: 新型镍基高温合金磨削性能实验研究