鎳基高溫合金整體葉輪高效加工應用基礎研究.pdf

1、整體葉輪作為發(fā)動機透平機械核心部件，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、機械性能意味著較差的切削加工性能，鎳基高溫合金切削過程中切削力大、切削溫度高、刀具磨損快、加工硬化與殘余應力顯著，給切削刀具與切削參數(shù)的選擇帶來極大挑戰(zhàn)。除了材料難加工之外，由于發(fā)動機大推升比與高效率的要求，整體

2、葉輪結構趨于復雜化，本文所研究的整體葉輪屬于半開式-長短葉片離心整體葉輪。這一類整體葉輪流道窄而深、開敞性差，葉片薄、曲面扭曲大，葉片長厚比大，易發(fā)生切削變形和振動，對切削過程穩(wěn)定性要求高。
　　 鎳基高溫合金切削過程中隨著切削速度增大會先后出現(xiàn)切屑自由表面的周期性裂紋擴展與剪切帶局部熱塑性失穩(wěn)而生成鋸齒形切屑。低速時切屑自由表面材料的應變硬化效應遠超過剪切帶內部材料的熱軟化效應，從而切屑自由表面材料脆性增大，切屑在彎曲過程中容

3、易產(chǎn)生微裂紋;高速時剪切帶內部材料的熱軟化效應遠遠大于切屑自由表面的應變硬化效應，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。鋸齒生成過程中切削力產(chǎn)生周期性鋸齒類波動，使得切削刃承受周期性沖擊載荷，易加劇切削刀具磨損。
　　 開展葉片側銑力學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，對參與切削的微元切削力積分得到仿真切削力，進而獲得切削力導致的葉片變形。建立連續(xù)進刀的變切削厚度的力-熱

4、耦合等效二維銑削殘余應力模型，獲得殘余應力釋放導致的葉片變形，研究切削刃鈍圓半徑對殘余應力再分布的影響規(guī)律。針對葉片半精銑削工藝特征，開展加工硬化試驗研究。通過對不同切削參數(shù)的切削力、殘余應力與加工硬化及對葉片半精側銑影響的試驗或仿真研究，獲得優(yōu)化切削參數(shù)。
　　 針對葉輪流道插銑過程刀具弱剛性特點，建立大圓角插銑刀非對稱插銑切削力模型與切削動力學方程，結合插銑模態(tài)試驗獲得基于振動微位移與“讓刀”位移的插銑切削力，對插銑切削參數(shù)