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钛合金涡轮叶片的加工技术《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:38:04 阅读: 来源:生态木厂家

2016-05-16 10:07:48来源: 贤集网

大推力大涵道比商用航空发动机上常用的转子叶片以钛合金(压气叶片)和高温合金(涡轮叶片)用量较大。较为普遍的压气叶片多以Ti-6Al-4V中等强度高损伤容限型钛合金为主,在钛合金谱系中,Ti-6Al-4V由于在耐热、强韧、耐腐蚀、抗疲劳及可加工性方面具有较好的综合性能,应用的最为广泛,约占到了全部钛合金应用的75%以上。

当前对Ti-6Al-4V中低压压气叶片的一个重要关注点在于如何高效率地实现高精度、高表面完整性的叶片加工。近年来西方航空发动机企业为钛合金叶片的高速高效加工研究提供了大力支持,产生了大量的成果。其中一些研究也表明无粘结剂的微晶粒CBN刀具在钛合金高速切削时通过采用合适的切削参数(如切削速度约400m/min,进给速度约0.01mm/r)可实现较高的刀具寿命,这可能预示着钛合金高速高效加工的一个方向。

在过去几十年欧美国家就自由曲面加工过程中刀具的展成运动形成的拟合曲面与理想加工曲面之间的误差产生机理及其补偿方法做了大量的技术研究,这些成果与多轴机床的数控加工系统相集成,成就了他们在先进的自由曲面多轴加工机床甚至叶片加工专用机床(如意大利C.B.Ferrari公司等)上的领先地位。

在欧洲,例如Starrag/TTL等公司专门为航空发动机的钛合金叶片开发了复杂三维型面高精度自适应切削技术及装备。如果再辅以新发展的激光冲击喷丸(LSP)强化技术,则能极大地增强零件抗疲劳、微动磨损及应力腐蚀的能力。例如罗·罗公司就通过钕玻璃激光器产生1000MW峰值功率及百万磅/sq.ft(1sq.ft≈929.03cm2)的压力波,能在钛合金叶片表面形成1.0mm深的压应力层。应用高度集成的自动化生产系统也是提升叶片加工效率、降低生产成本的一个关键途径。

因此,近年来在发动机热端区域逐步得到了应用,有研究甚至认为将来在低压涡轮部分广泛采用耐高温γ-TiAl可以使民用航空发动机减重达100kg以上。目前,罗·罗等公司已经对γ-TiAl零件的可加工性、多种加工方法(如传统车削(铣削)、磨削、钻孔、高速加工以及电加工技术等)作了较为长期的研究与比较,由于γ-TiAl切削区的热效应更突出,钛合金的使用性能对于表面完整性又特别敏感。

因此,加工表面的完整性一直是这一研究中的一个重点。较多的相关机理性研究以传统切削方式为基础,从加工方法和加工参数变动出发,探索与表面完整性破坏(如表面划伤、表面烧伤、微裂纹、切屑瘤、残余应力等表面缺陷)之间的内在作用与联系,并进而寻求在γ-TiAl的机械加工过程中,提高疲劳性能和抗应力腐蚀性能的方法。

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