镍基高温合金的切削加工
龚丽丽++江涛
[摘 要]本文简要介绍了金属封严环镍基高温合金铸件加工的研究背景。通过工艺现场攻关，对加工过程中存在的问题进行了跟踪实验，收集数据并进行了原因分析，制定了有效的改进措施，解决了零件加工的质量问题及加工效率问题，对类似材料零件的加工有及其重要的借鉴作用。
[关键词]金属封严环 镍基高温合金 铸件 车工 外圆磨削
中图分类号：V261.34 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0105-01
0 引言
随着航空发动机设计制造水平的提高，航空发动机的性能也有了长足的发展，能在高温、高压和高速条件下稳定工作是现代航空发动机的最基本要求，超过极限的参数要求最终都要落实到发展尖端的材料和制造工艺上。
1 研究背景
金属封严环的主要作用是进行封油、封气。我公司不仅承担了军品航空发动机封严环类零件的加工，同时也转包了加拿大普惠公司30余个图号封严环的生产。其中有8个图号的材料为镍基高温合金，毛坯形式为铸件，以前这类材料的毛坯形式是丝料。镍基高温合金的铸件与丝料相比，零件内部组织稳定性好，在高温、高压、高速条件下能够更好的发挥其密封性能，但同时铸件的工艺加工性能与丝料相比缺点尤为凸出：（1）、零件切削力大；（2）、切削温度高，零件塑性变形大；（3）、加工硬化现象严重；（4）、刀具易磨损等。
2 原因分析
近期对其中一个图号的镍基高温合金铸件的加工性能进行了工艺攻关。攻关前零件在加工过程中存在的具体问题如下：（1）、粗车内、外圆时零件加工效率低；（2）、刀具磨损快，使用寿命低；（3）、精加工外圆时，零件加工表面质量差，合格率仅40%。这一系列问题造成了零件加工成本高、加工周期长、无法保质保量按时交付。
3 改进状况
（1）、选取合适粗车加工刀具材料。第一、通过对硬质合金刀具YG8，涂层刀片及专制硬质合金刀具YW1的试制，合金刀具YW1硬度高，耐热性好，综合性能优于YG8刀具，经济性优于涂层刀具，最终确定硬质合金刀具YW1更适合镍基高温合金铸件的粗车削加工。具体见表1
第二、车刀空间几何结构的选取，车刀切削刃必须具有正前角，使金属始终处于切断状态而避免发生挤压过程，引导切削从加工表面脱离；副切削刃也應是正前角，角度必须保持足够大的空间，同时又能支撑起切削刃；刀尖半径要保持刀尖的强度并有助于散热。第三、切削加工参数的确定。（主轴转速60r/min、切削速度25mm/min、进给量0.18mm/r）
（2）、确定磨削砂轮及砂轮粒度。首先铬刚玉砂轮硬度与白刚玉相似，但其韧性比白刚玉好，更适合磨削镍基高温合金铸件，效率高于白刚玉，其次60粒度的磨削效率优于80粒度。
（3）、优化工艺技术参数。尺寸链调整：增加粗车余量去除，减少精磨内孔余量：将10工序粗车￠280.08改为￠280.48；减少精磨外圆余量：将190工序半精外圆磨￠280.78改为￠280.68，将220工序精磨外圆￠280.48改为￠280.58，在不重新投制夹具的情况下进行相关尺寸链的调整。
（4）、冷却液方式改进。机床冷却泵改进为大流量、大扬程冷却泵，其流量由35L/min提高到80L/min，扬程由6m提高至10m，即冷却液由淋浴式变为冲洗式。强有力的冷却方式可以迅速降低零件加工区域温度，对刀具寿命及零件表面质量极其重要。在粗车工序降低表面温度可以减少零件加工表面硬化现象，减少刀具与工件间摩擦，减少刀尖磨损，提高切削用量。在外圆磨削工序降低表面温度能够提高外圆磨削后零件表面的加工质量。
4 改进效果
（1）、刀具寿命车工提高190%，外圆磨削加工提高100%；
（2）、外圆磨削表面加工质量合格率由40%提高至100%；
（3）、每一个零件的加工时间，车工由37min缩短至19min，外圆磨工由17min缩短至10min；
（4）、加工效率大幅提升，车工加工效率提高94.7%，外圆磨工加工效率提高70%。
以一个镍基高温合金铸件毛坯（可加工10个零件）为例，攻关前后车工刀具损耗精磨外圆零件合格数及总加工周期对比见表2
5 结论
通过这次攻关研究，选取了合适的车削加工刀具、外圆磨削砂轮，调整了工艺技术参数，改进了冷却液方式，消除了零件加工中的难点，突破了航空发动机金属封严环镍基高温合金铸件生产加工的技术瓶颈，对类似材料零件的加工有极其重要的借鉴作用。
参考文献
[1] 郑文虎.难切削材料加工技术[M].国防工业出版社，2008.
[2] 现代金属切削刀具实用技术[M].化学工业出版社，2014.
[3] 扬程.高温耐热合金[M].化学工业出版社，2010.
