高效切削粉末冶金高溫合金的加工性研究.pdf

1、高效、高速是現代制造技術的發(fā)展方向，近二十年來以其獨特的優(yōu)勢成功應用于鋼鐵、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用和研究并不廣泛。本文主要針對粉末冶金鎳基高溫合金高效、高速切削加工過程中的刀具材料選擇、變形機理、切削力、切削溫度、刀具失效機理、工件表面層特征及耐腐蝕性等切削加工性問題及其影響規(guī)律展開研究，為生產實際中高效、高速切削加工這類材料提供理論與技術指導。主要研究內容包括：
　　 ⑴通過面銑刀具材料優(yōu)選試

2、驗，確定TiAlN-TiN涂層硬質合金為較適合加工粉末冶金鎳基高溫合金的刀具材料。利用槽銑切削試驗法，求得了不同切削參數下的剪切角，并建立了能反映粉末冶金鎳基高溫合金切削加工中的動態(tài)流動應力本構方程，解決了采用常規(guī)的材料試驗方法難以求得切削加工中高應變、高應變率數據的問題。通過試驗和分析，對原有的通用Merchant剪切角模型進行了修正，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理模型。
　　 ⑵建立了考慮切削過程的面銑切削力模型，并通過試驗確定了模型中的參數，修正了模型。通過正交試驗建立涂層硬質合金銑刀面銑粉末冶金鎳基高溫合金時的銑削力經驗公式。建立了鉆削時主切削刃的切削力模型和橫刃的切削力模型，分別對主切削刃和橫刃進行離散化，再將每個切削單元刃等效成切削過程進行研究，最后進行積分求得鉆削力。通過正交試驗得到了涂層硬質合金鉆頭在內冷條件下鉆削粉末

4、冶金鎳基高溫合金時的鉆削力和扭矩的經驗公式。研究表明切削加工時由于工件材料的多孔性結構和微觀結構中的硬質點，切削加工中切削力波動現象明顯，對切削加工過程造成了不利的影響。
　　 ⑶通過理論分析和正交試驗建立了涂層硬質合金銑刀面銑粉末冶金鎳基高溫合金時的銑削溫度經驗公式。結果表明，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，每齒進給量的變化對切削溫度的影響相對較小。建立了鉆削

5、剪切面平均溫度理論模型和鉆削時刀-屑接觸面平均溫度理論模型，可計算主切削刃上任意點處的平均鉆削溫度。通過正交試驗得到了涂層硬質合金鉆頭在內冷條件下鉆削粉末冶金鎳基高溫合金的靠近鉆削區(qū)的溫度經驗公式；通過反求估算得到了鉆孔內壁的溫度，并以此結果修正了鉆削溫度的經驗公式。
　　 ⑷通過單因素試驗法得到了切削速度對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；材料加工硬化現象

6、嚴重，硬化程度達到125％-140％；隨著切削速度的提高到70-90m/min時，變形層深度增大至20-30μm左右。通過正交試驗建立了涂層硬質合金銑刀面銑粉末冶金鎳基高溫合金時的表面粗糙度經驗公式。對銑削加工表面進行了鹽霧腐蝕試驗和分析，通過研究發(fā)現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之間的關系模型。
　　 ⑸分別對面銑和鉆削粉末冶金鎳基高溫合金的刀具失效形態(tài)和失效機理進行了分析。研究表明銑削刀具

7、的主要失效機理為粘結磨損、擴散磨損、磨粒磨損和涂層剝落；內冷鉆削時刀具主要為粘結磨損和氧化磨損；干式鉆削時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驗模型，表明切削速度v及每齒進給量fz對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加工性進行了對比，結果表明粉末冶金鎳基高溫合金的切削加