高效切削粉末冶金高溫合金的加工性研究.pdf

1、高效、高速是現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展方向，近二十年來(lái)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成功應(yīng)用于鋼鐵、鋁合金等的切削加工，但是在粉末冶金高溫合金的加工中的應(yīng)用和研究并不廣泛。本文主要針對(duì)粉末冶金鎳基高溫合金高效、高速切削加工過(guò)程中的刀具材料選擇、變形機(jī)理、切削力、切削溫度、刀具失效機(jī)理、工件表面層特征及耐腐蝕性等切削加工性問(wèn)題及其影響規(guī)律展開研究，為生產(chǎn)實(shí)際中高效、高速切削加工這類材料提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴通過(guò)面銑刀具材料優(yōu)選試

2、驗(yàn)，確定TiAlN-TiN涂層硬質(zhì)合金為較適合加工粉末冶金鎳基高溫合金的刀具材料。利用槽銑切削試驗(yàn)法，求得了不同切削參數(shù)下的剪切角，并建立了能反映粉末冶金鎳基高溫合金切削加工中的動(dòng)態(tài)流動(dòng)應(yīng)力本構(gòu)方程，解決了采用常規(guī)的材料試驗(yàn)方法難以求得切削加工中高應(yīng)變、高應(yīng)變率數(shù)據(jù)的問(wèn)題。通過(guò)試驗(yàn)和分析，對(duì)原有的通用Merchant剪切角模型進(jìn)行了修正，建立了綜合考慮工件材料和切削速度范圍的高速切削粉末冶金鎳基高溫合金切削加工剪切角方程。分析了切削粉末

3、冶金鎳基高溫合金的切屑變形規(guī)律，建立了層片狀切屑的形成機(jī)理模型。
　　 ⑵建立了考慮切削過(guò)程的面銑切削力模型，并通過(guò)試驗(yàn)確定了模型中的參數(shù)，修正了模型。通過(guò)正交試驗(yàn)建立涂層硬質(zhì)合金銑刀面銑粉末冶金鎳基高溫合金時(shí)的銑削力經(jīng)驗(yàn)公式。建立了鉆削時(shí)主切削刃的切削力模型和橫刃的切削力模型，分別對(duì)主切削刃和橫刃進(jìn)行離散化，再將每個(gè)切削單元刃等效成切削過(guò)程進(jìn)行研究，最后進(jìn)行積分求得鉆削力。通過(guò)正交試驗(yàn)得到了涂層硬質(zhì)合金鉆頭在內(nèi)冷條件下鉆削粉末

4、冶金鎳基高溫合金時(shí)的鉆削力和扭矩的經(jīng)驗(yàn)公式。研究表明切削加工時(shí)由于工件材料的多孔性結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)中的硬質(zhì)點(diǎn)，切削加工中切削力波動(dòng)現(xiàn)象明顯，對(duì)切削加工過(guò)程造成了不利的影響。
　　 ⑶通過(guò)理論分析和正交試驗(yàn)建立了涂層硬質(zhì)合金銑刀面銑粉末冶金鎳基高溫合金時(shí)的銑削溫度經(jīng)驗(yàn)公式。結(jié)果表明，溫度受軸向切深ap的影響最大，其次為徑向切深ae和切削速度v。隨著切削深度和速度的增大切削力都變大，每齒進(jìn)給量的變化對(duì)切削溫度的影響相對(duì)較小。建立了鉆削

5、剪切面平均溫度理論模型和鉆削時(shí)刀-屑接觸面平均溫度理論模型，可計(jì)算主切削刃上任意點(diǎn)處的平均鉆削溫度。通過(guò)正交試驗(yàn)得到了涂層硬質(zhì)合金鉆頭在內(nèi)冷條件下鉆削粉末冶金鎳基高溫合金的靠近鉆削區(qū)的溫度經(jīng)驗(yàn)公式；通過(guò)反求估算得到了鉆孔內(nèi)壁的溫度，并以此結(jié)果修正了鉆削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式。
　　 ⑷通過(guò)單因素試驗(yàn)法得到了切削速度對(duì)銑削粉末冶金鎳基高溫合金表面粗糙度和加工硬化的影響。研究表明提高切削速度能在一定程度上改善工件表面粗糙度；材料加工硬化現(xiàn)象

6、嚴(yán)重，硬化程度達(dá)到125％-140％；隨著切削速度的提高到70-90m/min時(shí)，變形層深度增大至20-30μm左右。通過(guò)正交試驗(yàn)建立了涂層硬質(zhì)合金銑刀面銑粉末冶金鎳基高溫合金時(shí)的表面粗糙度經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)銑削加工表面進(jìn)行了鹽霧腐蝕試驗(yàn)和分析，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)加工表面耐腐蝕性與表面粗糙度的變化一致，并建立了耐腐蝕性與切削參數(shù)之間的關(guān)系模型。
　　 ⑸分別對(duì)面銑和鉆削粉末冶金鎳基高溫合金的刀具失效形態(tài)和失效機(jī)理進(jìn)行了分析。研究表明銑削刀具

7、的主要失效機(jī)理為粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、磨粒磨損和涂層剝落；內(nèi)冷鉆削時(shí)刀具主要為粘結(jié)磨損和氧化磨損；干式鉆削時(shí)主要為熱力耦合作用下的破損。建立了面銑粉末冶金鎳基高溫合金的刀具壽命經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，表明切削速度v及每齒進(jìn)給量fz對(duì)刀具壽命的影響非常顯著。
　　 ⑹從刀具壽命、刀具磨損、切削力、切削變形以及加工表面粗糙度等方面，對(duì)高效加工粉末冶金鎳基高溫合金和鎳基高溫合金Inconel718加工性進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明粉末冶金鎳基高溫合金的切削加