引言

在鎳基合金材料的加工中，我們重點(diǎn)需要關(guān)注的有這樣幾個(gè)問(wèn)題：①切削力比45#鋼高50%左右，加工后表面層的加工硬化及殘余應(yīng)力大，刀尖及邊際磨損極其嚴(yán)重。②導(dǎo)熱系數(shù)差，切削溫度高。③與刀具的粘結(jié)傾向大，極易產(chǎn)生積屑瘤，影響被加工表面的加工質(zhì)量。④合金中金屬碳化鎢、金屬間化合物等硬質(zhì)點(diǎn)，對(duì)刀具產(chǎn)生嚴(yán)重的硬質(zhì)點(diǎn)磨損。

1、鎳基合金加工案例說(shuō)明

針對(duì)于鎳基合金的加工性能和應(yīng)用性能，在工廠實(shí)際加工過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)工件的更好密封作用，同時(shí)保證密封部分不受腐蝕，在工件的側(cè)面密封板中焊接鎳基合金材料，既達(dá)到密封的作用，又達(dá)到防腐的效果,主要是防止硫化氫腐蝕，提高密封板的抗硫效果,同時(shí)能夠承受140MPa的壓力。焊接完成后，需要對(duì)焊接好的鎳基合金部分進(jìn)行切削加工，已達(dá)到零件的使用要求，在加工過(guò)程中，通過(guò)修正實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)從刀具的選用、切削用量的選擇、刀具軌跡的變更、其他輔助加工條件的改變等幾個(gè)方面研究鎳基合金的加工過(guò)程，最終形成合理的加工參數(shù)，為鎳基合金材料的進(jìn)一步應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)[1]。

實(shí)際加工的樣例工件如圖1所示。在加工過(guò)程中，考慮到加工成本，加工效益，企業(yè)實(shí)際情況等，主要從刀具、切削用量、刀具軌跡、加工條件等幾個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2、刀具的選用

在選擇加工鎳基合金加工刀具時(shí)，首先我們要了解到鎳基合金的加工要求加熱溫度應(yīng)該高于900℃，溫度過(guò)低會(huì)造成晶粒粗大，失去材料的抗高溫及抗蠕變性能。目前可以應(yīng)用加工鎳基合金材料的刀具主要有硬質(zhì)合金、陶瓷、CBN等，考慮到企業(yè)加工成本，更多的采用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行工件的銑削加工。首先我們采用普通的涂層硬質(zhì)合金刀具對(duì)零件進(jìn)行加工，如圖2所示，雖然是進(jìn)口材質(zhì)，但刀具耐用度較低，磨損嚴(yán)重，刀具出現(xiàn)了嚴(yán)重的破損，如圖3所示，雖然多次修改切削用量等參數(shù)，效果不明顯，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，如圖4所示，根據(jù)鈦合金的加工特點(diǎn)，選用與鈦合金親和力小，導(dǎo)熱性能良好的、強(qiáng)度高的細(xì)晶粒鎢鈷類硬質(zhì)合金，最終選定山高JHP780材質(zhì)的硬質(zhì)合金立銑刀，效果較好[2]。如圖5所示，這種刀具兼具排屑和良好剛性雙重需求，前角較小，后角采用了雙后角的處理，比切普通鋼的大，刀尖部分采用圓弧過(guò)渡刃，刀刃的粗糙度較小，保證了排屑流暢，適合完成高溫合金的高性能加工。

3、切削用量的選擇

在切削用量的選擇上，結(jié)合鎳基合金的加工特點(diǎn)和所選用刀具的基本特點(diǎn)，主要從切削溫度、斷屑排屑、產(chǎn)生加工硬化幾個(gè)方面考慮，對(duì)切削加工參數(shù)進(jìn)行修訂，降低機(jī)床轉(zhuǎn)速，也就是降低切削速度，選擇較大的被吃刀量，合理的進(jìn)給量，進(jìn)給量過(guò)大易引起刀刃的燒損，進(jìn)給量過(guò)小時(shí)，將因刀刃在加工硬化層工作而磨損過(guò)快[3]。

3.1　切削速度的選擇

直徑14mm的硬質(zhì)合金立銑刀，轉(zhuǎn)速選擇600r/min，根據(jù)切削速度的計(jì)算公式V C=πdn /1000，可以得出大概地切削速度為26.376m/min，略高于刀具參數(shù)參考值，相對(duì)于切削普通鋼材，同樣的刀具我們可以選擇2000r/min，可以得出切削速度為87.92m/min。我們?cè)谶x擇切削速度上基本上是普通切削的二分之一。

3.2　進(jìn)給量的選擇

直徑14mm的硬質(zhì)合金立銑刀，在加工普通鋼材時(shí)進(jìn)給量可以選擇2000mm/min，在加工鎳基合金材料時(shí)，為了保證刀具的耐用度，選擇250~300mm/min，大概為普通切削加工進(jìn)給量的八分之一。

3.3　吃刀量的選擇

為了保障排屑和盡量減少切削加工硬化，選擇較大的被吃刀量，主要提高刀具的耐用度，減少刀具的磨損。本例中選擇被吃刀量1.5mm，加工后的鐵屑狀態(tài)如圖6所示。

不同被吃刀量、進(jìn)給量組合時(shí)的切削速度選擇如表1所示。經(jīng)過(guò)對(duì)切削用量的調(diào)整，雖然加工時(shí)間較長(zhǎng)，但大大提高了刀具的耐用度，原來(lái)加工一個(gè)工件需要3~4把刀具，經(jīng)過(guò)改換刀具和調(diào)整切削用量，可以達(dá)到一把刀完成一個(gè)工件的加工。

4、刀具軌跡的調(diào)整

本例中加工的是一個(gè)環(huán)形的跑道型封閉型腔，加工過(guò)程中遇到的最大的問(wèn)題就是不便排屑和加工硬化，為了提高加工過(guò)程中的排屑效果和避免嚴(yán)重的加工硬化，提高刀具的耐用度，對(duì)刀具軌跡進(jìn)行了修正，將原來(lái)普通的環(huán)形行切軌跡，改成現(xiàn)在流行的MasterCAM動(dòng)態(tài)銑削加工，更多的采用側(cè)刃切削，減少刀具端齒的磨損，動(dòng)態(tài)銑削加工軌跡既方便了排屑又最大程度減輕了加工過(guò)程中的加工硬化，同時(shí)提高刀具的耐用度，充分利用了所選擇刀具的特點(diǎn)[4-5]。

兩種不同刀具軌跡的加工效果對(duì)比圖如圖7、圖8所示。

5、其他加工條件設(shè)置

除了在以上幾個(gè)主要方面進(jìn)行了改進(jìn)和探索外，在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，對(duì)影響加工的一些輔助工藝也進(jìn)行了改進(jìn)：

①選擇冷卻效果更明顯的冷卻液以保證刀具的耐用度。②選擇剛性更好的專用夾具代替通用夾具，以提高裝夾的穩(wěn)定性，以減少硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)刀具的磨損。③加工過(guò)程中及時(shí)清除鐵屑，避免堵屑加劇刀具的磨損。④根據(jù)刀具的使用情況，及時(shí)合理調(diào)整切削用量的選擇，以保證工件的加工質(zhì)量穩(wěn)定性。

6、結(jié)論

通過(guò)對(duì)鎳基合金材料的加工實(shí)驗(yàn)，可以看出，鎳基合金的加工主要難點(diǎn)在于如何提高刀具的耐用度，如何保證工件的加工質(zhì)量，尤其是表面質(zhì)量，經(jīng)過(guò)選擇合理的刀具、選擇合適的切削用量、針對(duì)本例選擇合理的走到路線，以及其他加工條件的合理處理，最終實(shí)現(xiàn)鎳基合金工件的小批量生產(chǎn)加工，在不改變加工時(shí)間的情況下，大大提升了刀具的耐用度，保證一個(gè)工件由原來(lái)的3把刀提高到一把刀完成，同時(shí)提高了加工質(zhì)量，保證了工件加工的完好率，最終達(dá)到了理想的加工效果。

參考文獻(xiàn)

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