关键词：高温合金；涂层硬质合金刀具；刀具几何参数；工艺系统；走刀路径
中图分类号:TG5069 文献标识码:A
高温合金具有强度高、耐热性好、耐腐蚀能力强等特点，在650~1000℃高温下，仍具有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力。由于足够高的高温强度与抗氧化腐蚀能力，所以常用于汽轮机的叶片、盘叶轮轴、高温紧固件、燃气轮机叶片、高温燃烧室等。由于高温合金的特点，使得其切削性能较差，采用传统的切削条件很难正常加工。因此，了解高温合金的切削加工性能和选择合理的切削条件，对于这些高温合金的推广和使用十分重要。
1高温合金的切削特点
高温合金在切削过程中有以下特点:
（1)塑性变形大。由于高温合金中有大量的奥氏体组织存在，所以高温合金的塑性变形很大。
（2)切削力大。高温合金在较高温度下，仍有较高的物理机械性能，使切削力增大。通常，切削高温合金的单位切削力要比切削中碳钢高1~3倍。
（3)加工硬化现象严重。高温合金的硬度在常温下一般不高，但塑性变形大，使已加工表面产生加工硬化现象另外，在切削温度作用下，合金中的强化相从固溶体中分解出来，呈极细的弥散相分布、进一步增大了硬化程度。切削高温合金时，已加工表面的硬度要比基体硬度高50％~100％。
（4）切削温度高，刀具易磨损。切削高温合金时，产生较大的塑性变形，刀具与工件间的摩擦加剧，切削力增大，因此产生大量的切削热。因高温合金的导热系数低，所以高温合金的散热性很差，使切削温度升高。由于高温合金的高温强度高，加工硬化严重，而且高温合金中含有许多金属碳化物、氮化物、硼化物以及金属间化合物等构成的硬质点因此刀具的机械摩损严重。又由于切削力大，切削温度高在高温高压下，使刀具一切屑接触面产生粘结，造成刀具的粘结磨损。在较高的切削温度下，刀具材料中某些合金元素如钨、钴、钛、等，将向工件及切屑中扩散，造成扩散磨损。
2切削条件的选择
根据高温合金的性质及其加工特点，切削时应该降低切削温度，刀具刃口应保持锋利，减小加工硬化，并且提高工艺系统刚性。切削加工高温合金时，必须选用合适的刀具材料、合理的刀具几何参数、合理的切削用量及性能优良的切削液。
2.1刀具材料
切削这类材料应选用耐热性好、抗弯强度高、耐磨、导热性好、抗粘结性好的刀具材料。连续车削应采用硬质合金刀具，只有在车削断续表面和复杂型面时才使用高性能高速钢刀具。
推荐牌号:YG6，YG6A，YM052等。其中，采用YG类硬质合金是常用的牌号；其余几种牌号切削效果明显优于YG类硬质合金。近年来，CBN及金刚石材料加工高温合金，取得了十分显著的效果。
2.2刀具结构形式与几何参数
切削高温合金时，为了减小塑性变形，减小切削力，降低切削温度和减小加工硬化，应在保证刀刃强度前提下尽量选用正前角（3°-10°），当切削速度较高时，可以采用负前角，对于薄壁零件宜选用较大前角。
由于高温合金塑性好，强度高，未达到切屑卷曲断屑。在涂层刀片中，外圆刀片可选取80°WNMG系列和CNMG系列刀片，55°刀片选取DNMG系列，35°刀片选取VBMT系列。内孔刀片选取60°TNMG系列和内孔刀片55°DCMT系列。切槽刀片选取大前角刃口锋利的刀片型号。螺纹刀片选取大前角不带分屑，具备顶切的螺纹刀片。刀具刃倾角0°-10；刀尖圆角半径0.2-0.8m。
在钻削加工中，采用较大的导程角钻头，大的导程角有助于尽量减少刀具缺口，特别是在切削深度线位置，由于有更多的刀刃参加了切削，刀具损坏的可能性也就相应降低。
中心钻选用普通型号中心钻即可，在钻削过程中，由于中心钻前段直钻部分最细，钻削时因刚性不足容易折断钻尖，可采取人工手动刃磨方式将钻尖长度磨短一半，这样能增加中心的钻削刚性（见图1中心钻）。
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图1中心钻磨削
2.3切削参数
在高温合金加工过程中，随着切削速度的增加，切削温度将会升高。为避免切削温度过高，应采用较低的切削速度Vc=20~40m/min为避免切削刃和刀尖划过硬化层，以及避免刀刃与加工表面发生“挤压、打滑”现象而影响工件的加工质量，切削深度ap和进给量f均不宜过小，一般ap=0.1-4mm f=0.05~0.3mm/r。
2.4工艺系统
轴类零件加工，尽量选取较大中心孔，进行一夹一顶加工，中心孔表面光洁度要光整，保证零件顶持刚性。细长轴车削时尽量选择中心架和跟刀架以保证车削的刚性。
薄壁零件加工，为保证加工刚性，分粗精加工方式，粗加工选择较紧夹持力，精加工选取较轻的加工夹持力；添加辅助支撑、增加工艺肋、选取胀力芯轴、采取轴向夹持等方式均是增加工刚性的主要方式。
内孔加工，为提高内孔加工工艺系统的刚性，尽量选择较大直径带内冷的内孔刀具。保证内孔刀尖冷却和润滑及所加工铁屑迅速被高压冷却液冲出。针对盲孔工件加工时受铁屑缠绕的影响，可以改变刀具的走刀路径，将Z向走刀进给方式改成分段45°斜向走刀进刀方式，程序的获得方式可使用CAM数控车软件自动编辑生成，根据实际需求可调整进刀轨迹，加工出的切屑就分成若干小段随切削液快速冲出，不会在内孔形成堆积造成打刀的影响。
2.5背吃刀量选择
由于切削深度线位置的缺口是由于被切削层切屑掉剥离时，切屑产生冷作硬化造成的，被称为边界磨损，为避免该情况，当走刀次取大于1时，改变切削深度走刀加工，在重复的走刀路径上使用不同的切削深度，工件的材料就可以接触到刀刃的不同部位，从而达到减缓磨损的目的。
2.6切削液与排屑
切削高温合金时，单位时间内产生的切屑和热量均较多，由于高温合金的导热系数低，所以高温合金的散热性很差，易使切削温度升高，刀具磨损加剧，并将直接影加工精度和操作安全。为降低切削温度和提高刀具耐用度，应采取加注冷却液或低温强风冷却等措施；为将高温切屑及时从切削区转移出去，工艺系统中应配备必要的排屑装置。
一般加工高温合金，宜选用极压油类以降低刀具一切屑接触面产生的粘结磨损。但为防应力腐蚀降低疲劳强度，加工镍基高温合金不宜用硫（系极压切削液，可用乳化液、透明水基切削液。
3结束语
随着难加工材料的应用日益广泛，其切削加工性的研究已成为切削加工研究的一个主要方向。难加工材料的切削加工性与切削条件的合理选用，有着密切的关系。正确选用合理的切削条件，对提高生产效率、改善加工工艺性具有重要的意义。
本文对高温合金的车削加工性能进行分析和论证。选择出加工这种材料的较佳工艺方法和刀具材料。为满足产品性能、提高产品质量、在车削工艺上给予保证的同时,对提高生产效率、降低制造成本,将起到很好的指导和促进作用。
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论文作者:黄忠政, 吴强, 康雪
论文发表刊物:《科学与技术》2019年21期
论文发表时间:2020/4/17
标签：合金论文; 高温论文; 加工论文; 刀具论文; 切屑论文; 刀片论文; 刚性论文; 《科学与技术》2019年21期论文;