李曉鵬 劉娜

摘 要： 使用KC5510涂層刀具材料對高溫合金GH706進行了鉆削試驗，主要對刀具的磨損機理進行分析。通過國產(chǎn)鉆頭和進口KC5510涂層刀具進行切削刀具磨損綜合定性對比分析，得到切削過程中刀具磨損的分布規(guī)律，在鉆削加工高溫合金時，鉆頭的橫刃應當盡可能減小，也可采用無橫刃鉆頭，鉆心處刃口盡可能鋒利，鉆芯厚度增大提高鉆頭剛度。

關鍵詞： 高溫合金；刀具磨損；涂層刀具；鉆削

1.引言

隨著我國航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，航空材料的需求和重要零部件對加工技術的需求日益增多，特別是一些關鍵零部件材料的加工瓶頸問題日益凸顯，這些因素制約著航空產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和航空戰(zhàn)略地位的迅速提升，為此研究難加工材料切削性能對航工工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

高溫合金GH706合金具有優(yōu)良的耐腐蝕和搞氧化性能，從低溫到980攝氏度均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，可用于制造航空發(fā)動機關鍵零部件，具有良好的加工性。目前對其研究主要集中于組織行為、力學性能和熱變形的研究，對其切削加工過程的研究較少，因此研究GH706在航空零部件加工過程中的切削問題具有一定的研究意義。

2.試驗部分

試驗在VMC1000C立式加工中心上進行，在切削過程中用YDZ-II02鉆削測力儀，進行軸向鉆削力及扭矩進行采集。

工件為塊料，采用線切割方法進行規(guī)方處理并去除熱處理氧化皮。鉆頭采用以色列HANITA整體硬質(zhì)合金鉆頭及廈門金鷺整體硬質(zhì)合金鉆頭。在本試驗研究中使用美國奎克公司的通用切削冷卻液。

為了適應航空系統(tǒng)內(nèi)，刀具國產(chǎn)化的要求，試驗過程采用具有代表性的進口刀具和國產(chǎn)刀具，并且進口刀具和國產(chǎn)刀具切削性能和性價比進行了比較。鉆頭采用以色列HANITA整體硬質(zhì)合金鉆頭（M152）及廈門金鷺整體硬質(zhì)合金鉆頭（NES4-R），直徑均為Φ3、Φ6、Φ8、Φ10mm。在本試驗研究中使用美國奎克公司的通用切削冷卻液。

根據(jù)高溫合金切削加工的實際使用的工藝參數(shù)范圍，選擇高溫合金的鉆削加工參數(shù)方案如表1所示。

均勻試驗設計方案及刀具磨損試驗結果如表2所示。試驗進行過程中，每進行一次試驗均采用一把新刀具，保證試驗結果的正確性。試驗進行過程中，如果由于個別刀具質(zhì)量、刀具及工件的裝夾等原因導致出現(xiàn)試驗結果的較大偏差時，均要在此次試驗進行2次重復試驗，以驗證試驗結果的可靠性。其中鉆頭磨損量以鉆尖處最大磨損量為準。

表1 GH706鉆削切削用量方案

表2 GH706鉆頭刀具磨損試驗規(guī)劃及試驗結果

3.結果與分析

如圖1和圖2所示的鉆削加工高溫合金時，鉆頭不同部位SEM圖像的磨損情況，從圖中不難發(fā)現(xiàn)，鉆頭切削刃都產(chǎn)生了崩刃現(xiàn)象，且有涂層剝落現(xiàn)象；而在橫刃處也出現(xiàn)了崩刃現(xiàn)象。

（a） 進口鉆頭 （b）國產(chǎn)鉆頭

圖1 鉆削高溫合金時鉆頭主、副切削刃磨損情況

國產(chǎn)和進口鉆頭EDS成份分析結果如圖2至圖3所示。涂層刀具涂層成份為TiAlN。

圖2 國產(chǎn)鉆頭主、副切削刃磨損部位成分分析

圖3 進口鉆頭主、副切削刃磨損部位成分分析

由圖2可發(fā)現(xiàn)點1、2成份均包括O成分，說明鉆削加工時產(chǎn)生了氧化作用，同時在1、3點包含Al等元素，各點均包含了較多的Cr、Ni、Mo、Fe等元素為擴散和粘結的高溫，由上述分析以看出，粘結、氧化、擴散及涂層剝落是國產(chǎn)涂層刀具的主要磨損機理。進口鉆頭與國產(chǎn)鉆頭的磨損機理基本一致。

4.結論

在正常加工工藝參數(shù)和加工時間范圍內(nèi)，國產(chǎn)整體鉆頭與進口整體鉆頭在刀具耐用度方面有些區(qū)別；進口整體鉆頭性能略顯全面，更加適合長時間加工需求；從性價比分析，國產(chǎn)整體鉆頭具有明顯優(yōu)勢。

高溫合金上鉆孔扭矩、軸向力很大；切屑易粘結于鉆頭上，切屑不易折斷，排屑困難；加工硬化嚴重，鉆頭易磨損，。在鉆削加工高溫合金時，鉆頭的橫刃應當盡可能減小，也可采用無橫刃鉆頭，鉆心處刃口盡可能鋒利，鉆芯厚度增大提高鉆頭剛度?！?/p>

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