一家专注流体压力成形技术
【作 者】秦彬;王子铭;于建华;张渝;李勋
粉末高温合金因具有较好的抗高温力学性能和抗疲劳蠕变性能，逐渐成为航空发动机高温承力动部件的首选材料。与第 1 代相比，我国第 2 代粉末高温合金FGH96 具有更好的高温抗裂变能力，能够满足航空发动机高推重比、长寿命的要求，已经被广泛应用于制造航空发动机的涡轮盘部件 [1]。优异的材料性能也使粉末高温合金成为典型的难加工材料，尤其是针对涡轮盘枞树形榫槽的加工，机械加工难度更大 [2]。
目前，粉末高温合金涡轮盘榫槽以拉削加工为主 [3–4]，拉削加工因其高效率的优势成为榫槽加工的首选方式。德国的 Klocke 等 [5] 通过分析拉刀的磨损机理，提出了硬质合金机加刀齿的拉刀结构，进一步提高了拉刀的使用效率和加工能力，随着高速侧拉的出现，其团队对榫槽进行高速拉削试验，证明了高速拉削比普通拉削加工效率高，加工后榫槽表面质量好 [4]。但拉削加工的劣势也十分明显，如拉刀的尺寸较长、磨损快、成本高、制造周期长、工艺灵活性差等 [6]。
随着线切割技术的发展，精密线切割技术也慢慢被应用到涡轮盘榫槽的加工中 [7]。Klocke 等 [5，8–10] 深入研究了精密线切割技术在榫槽加工方面的应用问题，通过对现有设备的改造与升级，增加专用的控制系统，得到了较好的试验结果。精密线切割后的榫槽轮廓度能够达到±0.1 mm，但榫槽表面粗糙度较大，在某些范围内，试件的疲劳性能与拉削加工完成的试件基本相当 [11]。郭伟彬等 [12] 利用电火花加工粉末高温合金 FGH96 材料，通过 SEM 微观分析发现，夹杂物是造成粉末高温合金疲劳寿命降低的主要原因。
虽然精密线切割过程基本不受切削力的影响，但加工完成后，粉末高温合金榫槽表面会出现不同程度的重铸层，会影响高温承力动部件抗疲劳性能 [11]，也限制了精密线切割技术在粉末高温合金涡轮盘榫槽领域的发展。随着高速精密磨削技术的发展，罗·罗公司的
Aspinwall 等 [13] 明确指出拉削加工涡轮盘榫槽的缺点，提出利用超硬磨料砂轮对 Udimet 720 榫槽进行磨削加工，发现刀具磨损小、表面粗糙度低，证明了成形砂轮进行榫槽精密磨削加工可行性。美国的 Curtis 等 [14] 提出了利用杯型砂轮进行榫槽结构成形磨削加工的原理性工艺方法，但是并未采用这种方法进行实际榫槽的磨削验证性试验。
通过以上研究成果可以发现，各种涡轮盘榫槽加工方法有不同的优缺点，也表明成型砂轮对榫槽加工的可能性，但是针对 FGH96 涡轮盘榫槽成形磨削加工方法及其加工精度的研究还很少。本文利用电镀 CBN 成形砂轮针对线切割粗加工后的榫槽进行精密磨削加工，通过单侧轮廓局部成形磨削榫槽试验验证该加工工艺方式实现 FGH96 涡轮盘榫槽加工的可行性，为粉末冶金高温合金榫槽的精密加工提供了灵活、便捷且行之有效的工艺方法。
【结 论】
（1）针对线切割粗加工后的涡轮盘榫槽，采用电镀CBN 成形砂轮能够实现榫槽的精密磨削加工，磨削加工后榫槽轮廓的关键尺寸和表面粗糙度能够满足设计要求。
（2）与线切割加工相比，FGH96 榫槽磨削加工后的表面没有重铸层，能够避免因重铸层内部存在裂纹而影响榫槽的疲劳性能的加工质量问题。
（3）采用 400# 电镀 CBN 砂轮粗磨、600# 电镀 CBN砂轮精磨的工艺方法能够满足涡轮盘榫槽的加工表面质量要求，精磨后榫槽的表面粗糙度 Ra 可以达到 0.56 μm，榫槽的关键结构尺寸完全满足设计要求，从而实现 FGH96 涡轮盘榫槽的精密、低成本加工，为新型号航空发动机涡轮盘的快速研制提供一种行之有效的工艺方法。
以下是正文：
