简谈PCBN刀具加工镍基高温合金切削过程试验

摘要：镍基高温合金GH4169能在高温氧化气氛下和燃气腐蚀条件下工作,被广泛运用于航空、航天领域,但其切削加工性能较差,是目前典型的难加工材料之一。在镍基高温合金的切削历程中,较大的塑性变形和较高的切削温度,使切屑易发生塑性侧流并在切屑的两侧形成高硬度毛刺,这些毛刺对刀具磨损有较大的影响；同时切削镍基高温合金时产生的锯齿形切屑易引发刀具系统振动而影响刀具寿命。由此,有必要对镍基高温合金切削历程中切屑形态及其形成机理和刀具磨损进行探讨。鉴于此,本论文主要以以下几个方面进行了试验探讨和浅析。首先,采取PCBN刀具对镍基高温合金进行直角自由切削,通过对切削历程中切削力的测量与浅析得出：切削力随切削速度的提升先增大后减小,而随进给量的增大逐渐增加。同时进一步重点对切屑侧流的影响因素进行了浅析和探讨,通过测量、比较切屑宽度和观察切屑形貌得出：随着进给量、刀具后刀面磨损量及刀具负倒棱前角的增大,切屑宽度不断增加,切屑两侧毛刺更加显著,切屑侧流现象越来越严重；随着切削速度的增大,侧流现象逐渐减弱,当速度增加到62.4m/min时,切屑侧流现象基本达到稳态；刀具材质和钝圆半径对切屑侧流几乎没有影响。其次,对镍基高温合金切削加工中锯齿形切屑的演变历程进行了探讨,利用金相显微镜观察切屑微观形态发现：在一定速度范围内,随着切削速度的增加,切屑形态分别经历了带状切屑、临界锯齿形切屑和锯齿形切屑三个历程；随着进给量和背吃刀量的增加,切屑锯齿化程度加剧。通过浅析认为绝热剪切现象是镍基高温合金切削历程中锯齿形切屑产生的理由。最后,通过PCBN刀具切削镍基高温合金刀具寿命比较试验得出：低速下(v=33.8m/min)刀具寿命约是高速下(v=121.7m/min)的4倍左右；相同切削条件下,不同PCBN刀具材质中DBW85的刀具寿命最长,并且当刀具负倒棱前角选为-28°(倒棱宽度为O.1mm)时,刀具磨损量最小；采取DBW85湿切镍基高温合金比干切状态下刀具寿命大约可以提升2倍左右。通过观察刀具磨损形貌看出刀具的磨损形态有前、后刀面磨损、沟槽磨损和刀具破损,其中沟槽磨损最为显著。利用扫描电镜(EMS)和X射线能谱浅析得出刀具的磨损理由为磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化相变磨损；高速时氧化磨损比低速时严重；不同切削条件下,各磨损理由均有着,且彼此之间相互影响、相互作用。关键词：镍基高温合金论文PCBN刀具论文切屑侧流论文锯齿形切屑论文刀具磨损论文

摘要4-5

Abstract5-9

1 绪论9-22

1.1 本课题探讨背景9-10

1.2 PCBN刀具的特性及其运用近况10-14

1.2.1 PCBN刀具的进展及其分类10-12

1.2.2 PCBN刀具的性能12-13

1.2.3 PCBN刀具运用近况13-14

1.3 镍基高温合金及其切削加工14-18

1.3.1 镍基高温合金的分类和运用14-15

1.3.2 镍基高温合金切削加工特点15-16

1.3.3 镍基高温合金切削探讨近况16-18

1.4 难加工材料高速切削锯齿形切屑探讨近况18-19

1.5 金属切削历程中表面塑性侧流与金属毛刺探讨近况19-20

1.6 本课题的主要任务20-22

2 试验设计与试验步骤22-30

2.1 试验设计22-26

2.1.1 工件材料的选择22

2.1.2 刀具设计22-25

2.1.3 切削用量选择25-26

2.2 试验部分26-30

2.2.1 试验目的26

2.2.2 试验设备26-27

2.2.3 试验步骤27-30

3 PCBN刀具切削镍基高温合金切削力与切屑形态及形成机理探讨30-47

3.1 切削力试验探讨30-32

3.1.1 切削速度对切削力的影响30-31

3.1.2 进给量对切削力的影响31-32

3.1.3 刀具负倒棱和钝化处理对切削力的影响32

3.2 切屑侧流试验探讨32-39

3.2.1 切屑侧流产生理由33

3.2.2 切屑侧流影响因素浅析33-38

3.2.3 切屑侧流对刀具磨损的影响38-39

3.3 切屑宏观形态探讨39-41

3.4 切屑微观形态探讨41-45

3.4.1 锯齿形切屑演变历程及形成机理42-44

3.4.2 切削用量对切屑微观形态的影响44-45

3.5 本章小节45-47

4 PCBN具切削镍基高温合金刀具磨损试验探讨47-60

4.1 PCBN刀具切削镍基高温合金刀具寿命探讨47-50

4.1.1 切削速度对刀具寿命的影响47-48

4.1.2 负倒棱参数对刀具寿命的影响48-49

4.1.3 PCBN材质对刀具寿命的影响49-50

4.1.4 不同切削环境下刀具寿命比较浅析50

4.2 PCBN刀具切削镍基高温合金刀具磨损形态及理由探讨50-59

4.2.1 刀具磨损形态浅析50-55

4.2.2 具磨损理由浅析55-59

4.3 木章小结59-60

结论60-62