KC5510涂層刀具鉆削GH706磨損機(jī)理研究

李曉鵬 劉娜

摘 要： 使用KC5510涂層刀具材料對(duì)高溫合金GH706進(jìn)行了鉆削試驗(yàn)，主要對(duì)刀具的磨損機(jī)理進(jìn)行分析。通過(guò)國(guó)產(chǎn)鉆頭和進(jìn)口KC5510涂層刀具進(jìn)行切削刀具磨損綜合定性對(duì)比分析，得到切削過(guò)程中刀具磨損的分布規(guī)律，在鉆削加工高溫合金時(shí)，鉆頭的橫刃應(yīng)當(dāng)盡可能減小，也可采用無(wú)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(guān)鍵詞： 高溫合金；刀具磨損；涂層刀具；鉆削

1.引言

隨著我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，航空材料的需求和重要零部件對(duì)加工技術(shù)的需求日益增多，特別是一些關(guān)鍵零部件材料的加工瓶頸問(wèn)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(duì)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(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件，具有良好的加工性。目前對(duì)其研究主要集中于組織行為、力學(xué)性能和熱變形的研究，對(duì)其切削加工過(guò)程的研究較少，因此研究GH706在航空零部件加工過(guò)程中的切削問(wèn)題具有一定的研究意義。

2.試驗(yàn)部分

試驗(yàn)在VMC1000C立式加工中心上進(jìn)行，在切削過(guò)程中用YDZ-II02鉆削測(cè)力儀，進(jìn)行軸向鉆削力及扭矩進(jìn)行采集。

工件為塊料，采用線(xiàn)切割方法進(jìn)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(mén)金鷺整體硬質(zhì)合金鉆頭。在本試驗(yàn)研究中使用美國(guó)奎克公司的通用切削冷卻液。

為了適應(yīng)航空系統(tǒng)內(nèi)，刀具國(guó)產(chǎn)化的要求，試驗(yàn)過(guò)程采用具有代表性的進(jìn)口刀具和國(guó)產(chǎn)刀具，并且進(jìn)口刀具和國(guó)產(chǎn)刀具切削性能和性?xún)r(jià)比進(jìn)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(mén)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(yàn)研究中使用美國(guó)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(shí)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(yàn)設(shè)計(jì)方案及刀具磨損試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，每進(jìn)行一次試驗(yàn)均采用一把新刀具，保證試驗(yàn)結(jié)果的正確性。試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，如果由于個(gè)別刀具質(zhì)量、刀具及工件的裝夾等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果的較大偏差時(shí)，均要在此次試驗(yàn)進(jìn)行2次重復(fù)試驗(yàn)，以驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。其中鉆頭磨損量以鉆尖處最大磨損量為準(zhǔn)。

表1 GH706鉆削切削用量方案

表2 GH706鉆頭刀具磨損試驗(yàn)規(guī)劃及試驗(yàn)結(jié)果

3.結(jié)果與分析

如圖1和圖2所示的鉆削加工高溫合金時(shí)，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(jìn)口鉆頭 （b）國(guó)產(chǎn)鉆頭

圖1 鉆削高溫合金時(shí)鉆頭主、副切削刃磨損情況

國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口鉆頭EDS成份分析結(jié)果如圖2至圖3所示。涂層刀具涂層成份為T(mén)iAlN。

圖2 國(guó)產(chǎn)鉆頭主、副切削刃磨損部位成分分析

圖3 進(jìn)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(diǎn)1、2成份均包括O成分，說(shuō)明鉆削加工時(shí)產(chǎn)生了氧化作用，同時(shí)在1、3點(diǎn)包含Al等元素，各點(diǎn)均包含了較多的Cr、Ni、Mo、Fe等元素為擴(kuò)散和粘結(jié)的高溫，由上述分析以看出，粘結(jié)、氧化、擴(kuò)散及涂層剝落是國(guó)產(chǎn)涂層刀具的主要磨損機(jī)理。進(jìn)口鉆頭與國(guó)產(chǎn)鉆頭的磨損機(jī)理基本一致。

4.結(jié)論

在正常加工工藝參數(shù)和加工時(shí)間范圍內(nèi)，國(guó)產(chǎn)整體鉆頭與進(jìn)口整體鉆頭在刀具耐用度方面有些區(qū)別；進(jìn)口整體鉆頭性能略顯全面，更加適合長(zhǎng)時(shí)間加工需求；從性?xún)r(jià)比分析，國(guó)產(chǎn)整體鉆頭具有明顯優(yōu)勢(shì)。

高溫合金上鉆孔扭矩、軸向力很大；切屑易粘結(jié)于鉆頭上，切屑不易折斷，排屑困難；加工硬化嚴(yán)重，鉆頭易磨損，。在鉆削加工高溫合金時(shí)，鉆頭的橫刃應(yīng)當(dāng)盡可能減小，也可采用無(wú)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>

參考文獻(xiàn)

[1] 蕭勝磊. 鎳基高溫合金GH706高速銑削機(jī)理研究[D]. 哈爾濱理工大學(xué)， 2014.

[2] 計(jì)偉， 劉獻(xiàn)禮， 范夢(mèng)超等. PCBN刀具切削GH706磨損特征研究[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 35（1）：37-44.

[3] 劉戰(zhàn)強(qiáng)， 艾興. 高速切削刀具磨損表面形態(tài)研究[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào)， 2002， 22（6）：468-471.

[4] Zhang X， Shivpuri R， Srivastava A K. Stress Triaxiality in Chip Segmentation During High Speed Machining of Titanium Alloy[C]// ASME 2014 International Manufacturing Science and Engineering Conference Collocated with the Jsme 2014 International Conference on Materials and Processing and the， North American Manufacturing Research Conference. 2014：V002T02A033.

[5] Yang Y H， Liu D， Peng J B， et al. Study on Hot Deformation Behavior of Cast-and-Homogenized Superalloy GH706[J]. Materials Science Forum， 2015， 816：648-654.

[6] 周文超， 楊吟飛， 李亮，等. GH706高溫合金削力試驗(yàn)研究[J]. 工具技術(shù)， 2014， 48（8）.