延長高溫合金零件粗車刀具壽命的方法

張勇，陳海榮

河南中光集團有限公司 河南南陽 473000

1 序言

在生產(chǎn)實際中經(jīng)常遇到類似圖1所示的零件，材料為高溫合金GH4169。高溫合金為典型的難加工材料之一，其微觀強化相硬度高，加工硬化程度嚴重，切削區(qū)域的切削力和切削溫度高，在加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)加工表面質(zhì)量低、刀具破損非常嚴重等問題[1]。在一般切削條件下，高溫合金表層會產(chǎn)生硬化層、殘余應力、白層、黑層及晶粒變形層等問題[2]。開始加工時采用高溫合金專用切削刀片，每個刀尖只能加工兩件產(chǎn)品，就不能繼續(xù)使用了，原因是刀片破損（見圖2），導致刀具使用壽命降低。

圖1 高溫合金零件示意

圖2 刀片破損

2 原因分析

為了找到解決問題的辦法，我們對報廢刀片進行仔細觀察和研究，分析刀片破損的各種可能原因，并進一步確認其產(chǎn)生的根本原因。

通過對刀片的研究和對車削過程進行細致入微的觀察，我們發(fā)現(xiàn)在車削過程中，零件由于加工硬化產(chǎn)生的加工硬化層對刀具使用壽命影響較大，切削刃與硬化層的摩擦引起切削刃崩口（見圖3）。由于崩口的位置距離刀尖比較近，因此會造成刀尖在使用中的強度急劇下降，致使刀尖還沒有達到磨料磨損壽命就因產(chǎn)生破損，甚至出現(xiàn)掉尖現(xiàn)象，而不能繼續(xù)使用[3]。這個問題使刀具費用不斷攀升，企業(yè)的制造成本急劇增加。

圖3 硬化層摩擦引起切削刃崩口

3 解決方案

找到了刀片磨損的主要原因，針對刀片磨損的特點，我們對機床加工切削參數(shù)進行了調(diào)整，以減小切削刃崩口對刀尖強度的影響。

3.1 具體措施

綜合分析切削過程，采取的措施是在切削速度保持穩(wěn)定的情況下，增加吃刀量，降低進給量。正常情況下切削參數(shù)為：吃刀量1～2mm，為了能夠很好地斷屑，車刀進給量選擇0.2～0.4mm/r。

調(diào)整后的切削參數(shù)為：吃刀量3～4mm（根據(jù)機床負荷情況，盡量選擇大的吃刀量，但應避免接近極限負荷），進給量選擇0.08mm/r，同時把線速度指令切削速度設定為25m/min。這樣就能有效減少刀具崩口造成的刀具報廢。

3.2 改進效果

調(diào)整后的結果：由于增加了吃刀量，車削過程中加工硬皮對切削刃的摩擦引起切削刃崩口情況遠離了刀尖位置，崩口對刀尖強度的影響顯著降低，如圖4所示。通過采取相應措施后，使刀片的破損速度明顯減緩，每個刀尖的使用壽命大大增加，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計刀尖壽命可提升50%以上。

圖4 改進后刀尖破損情況

3.3 注意事項

在加工高溫合金時，還應注意刀具的裝夾剛性，具體注意事項如下。

1）零件裝夾時刀頭懸伸要盡量伸得比較短，盡可能減少振動磨損。

2）零件的裝夾要牢固，特別是在粗車削加工時更要注意。

3）液壓卡盤的壓力要調(diào)到最大，以增加夾緊力。

4）每個零件加工完畢后要及時清理切屑，以避免切屑被旋轉(zhuǎn)的工件帶起打傷刀片。

4 結束語

本文以高溫合金零件粗車削加工為例，針對材料的切削特點和刀片磨損情況進行原因分析，得出硬化層摩擦引起切削刃崩口的結論，并在車削過程中采取改進措施，通過調(diào)整機床切削參數(shù)，增加吃刀量，降低進給量，穩(wěn)定機床轉(zhuǎn)速，減小了切削刃崩口對刀尖強度的影響，總結出一種延長刀具切削壽命的方法。這種改善方法可以在高溫合金零件粗車削中得到推廣應用，即使選擇經(jīng)濟型的普通刀片，同樣可以達到提高刀具壽命50%以上的效果，節(jié)省了大量的刀具成本。