1、現(xiàn)狀與問(wèn)題

在生產(chǎn)加工中，遇到如圖1所示零件結(jié)構(gòu)，該零件材料為高溫鎳基合金Inconel718，材料標(biāo)準(zhǔn)為AMS5662。

該零件使用φ63.5mm×122mm棒料加工，為減小零件的加工余量，安排粗加工工序先將內(nèi)孔加工到φ28～φ28.5mm，再使用數(shù)控車床加工，工序步驟如下：粗車外圓、外錐面、端面→半精鏜內(nèi)孔→精鏜內(nèi)孔→精車外圓、外錐面、端面→切斷。

該零件的主要加工難點(diǎn)為外錐面的切削余量大，單邊要去除3.5～11.7mm的大余量，由于零件材料Inconel718鎳含量為50%～55%，鉻含量占17%～21%，可以看出切削加工性很差，粗車外圓、外錐面、端面時(shí)最初分別選用了多種刀片加工，但都是每?jī)蓚€(gè)刀片刃部?jī)H能加工一個(gè)零件，即在粗車過(guò)程中，先將零件外圓、外錐面加工一半，然后更換刀具加工剩余的一半，其余工步加工需每加工2～3個(gè)零件更換一次刀具。

刀具磨損情況如圖2所示，堆積在刀具前面近切削刃處的硬楔塊形成積屑瘤，積屑瘤脫落時(shí)會(huì)引起切削刃破損，由于刀具選擇不合理，加工時(shí)刀具磨損相當(dāng)嚴(yán)重，換刀相當(dāng)頻繁，增加了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)效率。

2、粗車外圓刀具的選擇

根據(jù)高溫合金的性質(zhì)及其加工特點(diǎn)，切削時(shí)必須選擇合適的刀具材料、合理的刀具幾何參數(shù)、合理的切削用量及切削液使用方法。

（1）刀片材料選擇

切削高溫合金時(shí)應(yīng)選用耐熱性好、抗彎強(qiáng)度高、耐磨、導(dǎo)熱性能好及抗粘結(jié)性好的刀具材料，如硬質(zhì)合金、立方氮化硼及氮化硅陶瓷等，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，選用合適的硬質(zhì)合金刀具，加工成本較低。選擇的用于車削加工鎳基高溫合金外圓、端面用粗車刀具為SAFETY公司的型號(hào)為WNMG080412-M79605刀片，該刀片基體材料為亞細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，粒度＜1.0μm，合金基體硬度為90～93.5HRA，表面采用4μm厚度的TiAlN（氮化鋁鈦）涂層，帶涂層合金表面硬度為2000HV，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、涂層附著力強(qiáng)、摩擦系數(shù)小及導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性，適合于高溫合金、鈦合金及高強(qiáng)度不銹鋼加工。

（2）刀具結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)

高溫合金粗車時(shí)切削力大，為增強(qiáng)刀具強(qiáng)度，選擇了0°前角槽形刀片，刀具后角為0°，刀尖半徑1.2mm，刀尖角80°，在保證刀具強(qiáng)度的同時(shí)，選較大的主偏角95°,減少主刃切削寬度，增加切削厚度，減少加工表面硬化現(xiàn)象，降低切削刃磨損，提高刀具使用壽命。由于高溫合金塑性好、強(qiáng)度高，切屑易卷曲，切屑易纏繞在工件或刀具上，故需在刀片上制造斷屑槽進(jìn)行強(qiáng)制斷屑，如圖3所示。

該刀片刀尖處有0.2mm寬的刃口，與0°后角形成良好的支撐，增強(qiáng)了切削刃的強(qiáng)度；和刃口緊鄰的倒角和圓弧面利于切屑成形和卷曲，因而得到更好的切屑流動(dòng)并減少摩擦，減少振動(dòng)和使切削溫度降低，從而使工件切削處的切削力和剩余應(yīng)力減小。

刀尖半徑會(huì)影響到切削刃強(qiáng)度，粗加工選取大刀尖半徑（R0.8mm或R1.2mm）可獲得高強(qiáng)度切削刃，并可選擇較大的進(jìn)給量和切削深度，從而獲得較高的刀具壽命和高金屬去除率。

（3）粗車切削參數(shù)

在高溫合金加工過(guò)程中，隨著切削速度的增加，切削溫度會(huì)升高，為避免切削溫度過(guò)高，應(yīng)采用較低的切削速度；由于高溫合金加工過(guò)程中易產(chǎn)生硬化層，為避免切削刃和刀尖劃過(guò)硬化層，切削深度約為刀尖半徑的1/2，外圓、端面粗車參數(shù)見(jiàn)表１。

3、精車外圓刀具的選擇

（1）刀具材料及結(jié)構(gòu)

精車外圓刀具與粗車外圓刀具的材料相同，但由于切削余量較小，切削力相對(duì)較小，為獲得鋒利的刃口，必須采用較大的前角。增大刀具的前角可減小切屑切離和清除過(guò)程中所遇到的阻力，并減小切削熱，但前角過(guò)大則刀頭散熱體積減小，切削溫度反而升高。實(shí)踐表明，取前角15°～20°最為合適。在選擇后角時(shí)，后角過(guò)小容易和工件表面產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，使加工表面粗糙度惡化，加速刀具磨損。并且由于強(qiáng)烈摩擦，加強(qiáng)了高溫合金表面加工硬化效應(yīng)；刀具后角也不宜過(guò)大，后角過(guò)大，使刀具的楔角減小，降低切削刃的強(qiáng)度，加速刀具的磨損。精加工選擇較小刀尖半徑可獲得較高的表面質(zhì)量，經(jīng)試驗(yàn)，選擇高溫合金精車刀片型號(hào)為CCGT09T302-PM29605，為正前角槽形刀片，刀具前角18°，刀具后角7°，刀尖半徑0.2mm，斷屑槽幾何形狀如圖4所示。對(duì)于鏜孔工步，由于在鏜孔前已進(jìn)行鉆孔加工，故鏜孔僅分為半精鏜孔和精鏜孔，半精鏜選擇刀尖半徑0.4mm，刀片型號(hào)為CCGT09T304-PM29605，精鏜刀片與精車外圓刀片型號(hào)相同。

（2）切削參數(shù)

在高溫合金加工過(guò)程中，半精加工及精加工的切削速度也不宜過(guò)高，切削深度不能過(guò)高，也不能過(guò)低，須在合理范圍內(nèi)，切削參數(shù)見(jiàn)表2。

（3）其他車削要素

對(duì)于高溫合金切槽、切斷和車螺紋等，也進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，選擇了合適的刀具及工藝切削參數(shù)，見(jiàn)表3。

4、切削液

切削高溫合金時(shí)，為降低切削溫度，提高刀具耐用度，應(yīng)使用切削液。選擇的切削液應(yīng)不含硫，以避免在切削過(guò)程中造成晶間腐蝕，我們選擇了馬思特公司型號(hào)為T(mén)RIMSC310的切削液，該切削液為高油半合成型，pH值為9.6，具有良好的濕潤(rùn)性、冷卻性及防腐性能，并含有機(jī)械潤(rùn)滑作用的化學(xué)表面活性劑，能夠滿足高溫合金的切削及冷卻要求。

高溫合金加工刀具磨損大，故原則上分粗、精加工，以減小切削余量，工藝路線安排如下：

下料→熱處理（按需）→粗加工→半精及精加工→去毛刺→標(biāo)印→清洗→滲透檢查→清洗→檢驗(yàn)→包裝。在加工過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：

1）當(dāng)設(shè)計(jì)圖中有熱處理要求時(shí)，在下料后機(jī)加前安排熱處理工序。

2）回轉(zhuǎn)類零件可用鉆孔、車削等方法進(jìn)行粗加工，單邊留余量1～2mm。

3）零件較大或形狀復(fù)雜時(shí)可用線切割方法進(jìn)行粗加工，單邊留余量1～2mm。

4）半精加工及精加工原則上安排在同一設(shè)備上進(jìn)行，選擇不同的刀具及切削參數(shù)。

5）機(jī)加工序完成后安排滲透檢查工序，以便于檢查零件材料是否存在缺陷。

5、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)大量的工藝試驗(yàn)工作，對(duì)鎳基高溫合金零件車削加工的全過(guò)程進(jìn)行了工藝研究，選擇了合適的切削刀具，摸索出了一套合理的工藝參數(shù)，滿足了高溫合金零件車削加工要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊尚委，盧劍鋒，白冰．K4169合金的外圓高效車削刀具磨損研究[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018（08）：42-45．

[2]武導(dǎo)俠，張定華，姚倡鋒．GH4169高溫合金車削表面完整性對(duì)疲勞性能的影響[J]．航空材料學(xué)報(bào)，2017.37（06）：59-67．

[3]鐘麗瓊，梁蓋龍，楊明，等．車削參數(shù)對(duì)GH4079高溫合金表面特征的影響[J]．現(xiàn)代制造工程，2017.（08）：78-82．

相關(guān)鏈接