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某厂生产的增压器蜗轮系采用铸造 镍基高温合金Ｋ４１８加工而成。现行生产中，蜗轮轴部的车削采用ＹＧＳ刀具，切削速度只有６ ｍ／ｍｉｎ，并且刀具刃磨一次只能加工两件，不仅生产效率低，而且加工质量也得不到保证。为 了改变现状，受工厂委托，我们选择了多种硬质合金、陶瓷刀具和美国ＧＥ公司生产的ＣＢＮ复合 刀片，对Ｋ４１８进行了大量的切削试验，所得试验数据用于工厂生产，大大提高了生产效率，并 且降低了加工费用。二、工件材料与刀具材料的特性１·工件材料的特性切削试验所用工件材料为 直径Ｄ—８０ｍｍ的铸态棒料，其主要成分和机械性能分别见表ｌ～３。工件的表面硬度约为ＨＲ Ｃ３７～４１。由于Ｋ４１８材料含有大量的合金元素，可形成多种高硬度的碳化物，如ＴｊＣ、 ＮｂＣ等。据仪器分析，Ｋ４１８中大量细小而又弥散分布的金属间化合物Ｎｊ。ＡＩ使基体得到 强化。因此，Ｋ４１８既有很高的高温硬度，又具有很高的高温强度。另外，Ｋ４１８中Ｎｉ的含 量很高，而延伸率６特别小（这一点与变形高温合金相差甚远）。上述原因使得Ｋ４１８成为镍基 合金中较难加工的一种材料。２．刀具材料的特性根据加工镍基合金的经验以及Ｋ４］８的特点， 从解决生产实际问题的角度出发，选择了三种硬质合金刀具、三种陶瓷刀具和一种ＣＢＮ刀具。硬 质合金刀具分别为株洲硬质合金厂生产的ＹＤＳ．自贡硬质合金厂生产的ＹＧ类６４３、８１３， 实验中还与现行生产中采用的ＹＧＳ刀具进行了对比。陶瓷刀具分别为清华大学生产的复合Ｓｉ３ Ｎ；、上海硅酸盐研究所生产的ＳＮＣ－２５５和Ｓｉａｌｏｎｏ限于条件，仅采用美国ＧＥ公司 生产的ＣＢＮ复合刀具进行了粗略的切削试验。表４、表５分别是硬质合金与陶瓷刀具的物理机械 性能指标。．三、试验结果与讨论切削试验均在Ｃ６１４０车床上进行，该车床经改造可实现无级 调速。刀具磨损值由带有刻度的显微镜（最小读数０．０］）上读取，磨损带形貌通过体视显微镜 观察。］．硬质合金刀具磨损规律及特点硬质合金刀具均为机突式，刀片前面用金刚石砂轮在工具 磨床上精磨。刀片安装后，刀具角度为：ｙｏ—１０”，ｆｆｅ一８“，人—一４Ｏ，Ｋｒ一７５ 。，ＫｒＩ一１５”。磨钝标准取Ｖ。一０·３ｍｍ。图１所示的Ｖ—ｌ。驼峰曲线可知，当切削 速度。分别为１９．ｓｉｎ／ｍｉｎ、１６．ｓｉｎ／ｍｊｎ、１５ｍ／ｍｉｎ时，ＹＤ］５、８ １３、６４３刀具有最大切削路程ｌ。，分别为２７５ｍ、２６ｌｉｎ和１８５ｍ。而做对比的Ｙ ＧＳ刀具，当切削速度。一１０ｍ／ｍｉｎ时，切削路程仅为４０ｍ。另外，ＹＤ］５、８１３刀 具在较宽的切削速度范围内（ＹＤＩＳ：１６～ＺＩｍ／ｍｉｎ；８１３：１５～１９ｍ／ｍｉｎ ）都可保证刀具有较大的切削路程（ｌｉｎ＞２００ｍ），这一点在切削加工中十分有利。图２是 刀具磨损曲线。由图可知，ＹＧ－８刀具磨损始终较快，而ＹＤ１５、８１３、６４３三种刀具在 Ｖ。一０．］ｓｍｍ之前磨损较快，其后便进入正常磨损阶段。达到磨损标准Ｖ；；一０．３ｍｍ 时，磨损的增长仍很缓慢涸此，粗加工与半精加工时可将磨的标准订得高一些，刀具仍有潜力可挖 。从观察到的磨损带形貌看，ＹＤ１５、８１３刀具基本为均匀磨损，刀尖区和边界磨损均不显著 ；６４３刀具有较明显的边界磨损，ＶＮ。１．ＳＶ。。其原因主要有两点：一是由于硬质合金刀 具切削速度低，切削温度相应也较低，磨损形式主要是硬质点磨损和粘结磨损；另外就是６４３刀 身的强度显著低于ＹＤＩＳ和８１３刀具。切削力的试验表明，ＹＤ１５刀具的切削力比相同条件 下８１３刀具的切削力约小１０％～２５％。可以预见，ＹＤ１５刀具切削温度较低，抗粘结磨损 和扩散磨损优于８１３刀具。ＹＤ１５、８１３刀具的切削试验还表明，随着切削速度的提高，切 屑由Ｃ形屑逐渐过渡到短小的带状屑。因此，硬质合金刀具加工Ｋ４１８材料时，切削过程较陶瓷 刀具、ＣＢＮ刀具平稳（形成崩碎屑），加工表面粗糙度也好于陶瓷刀具。２．陶瓷刀具的磨损规 律及特点装夹刀片的机夹刀杆刀槽角度为人—一８”、ａｃ—８”、ｈ—一扩、Ｋｔ一７５”、Ｋ ｒ’一１５“。刀片负倒棱为０．ＩＸ２０”，刀尖圆角半径，，一１．ｏｍｍ。图３是陶瓷刀具 大量切削试验中典型的磨损带形状。在图４所示的切削条件下，三种刀具的后面平均磨损厂。很小 ，而边界磨损尤其是Ｉ／ＩＶ；非常严重。分析认为，主切削刃上切削厚度大，切削温度高，对工 件材料起一定的软化作用，据文献介绍，［Ｗ处切削温度甚至高于Ｖ。处；负切削刃上切削厚度很 小，切削温度较低，已加工表面严重的加工硬化加剧了负切削刃的磨损。另外，由于Ｋ４１８的延 伸率６很小，而刀具又有负倒棱，所以形成崩碎切屑。切屑崩离机体时，切削力突然消失，致使切 削刃上应力突然下降。还由于切削过程中的振动等原因，使得负切削刃上ＶＪＶ；处的切削深度总 在似有似无地变化着，也会引起应力突变。因此，对刀具十分不利。图５为ＳＮＣ－２５５刀具边 界磨损与切削速度的关系。ＶＮ随切削速度的提高而减小，ＶＮ正好相反。由前面的分析知道，比 较边界磨损ＶＪＶ和ＶＩＶ；应主要考虑切削温度和应力突变。当切削速度提高后切削温度上升， 应力突变的频率也增加。主切削刃上切削厚度大，切削温度上升显著，对工件表层金属的软化起重 要作用；负切削刃上切削厚度很小，切削温度上升不大，应力突变频率增加是主要因素。边界磨损 过大会影响刀尖强度，ＶＮ；还直接影响加工表面质量。为了解决这一问题，实验中曾采用三角形 复合Ｓｔ。Ｎ。刀片（Ｋｒ一９０”、Ｋｒｌ—３０”、，。一０．ｓｍｍ），效果不甚理想，并 且由于刀尖强度低很容易崩刃。作者曾用手工的办法将倒棱切削刃改为半径，一０·ｌ～０·Ｚｍ ｍ的倒圆切削刃，有一定的效果。国外曾提出多种刀尖区几何形状，可显著减小边界磨损。但由于 陶瓷刀具刃磨困难，作者未作进一步的研究。综合考察加工铸造镍基合金的磨损情况，ＳＮＣ－２ ５５刀具最优，复合Ｓｉ３Ｎ．刀具最差。这一排列顺序与刀具断裂韧性排列顺序相符。因此，切 削铸造镍基合金，选择断裂韧性高的陶瓷刀具较为有利。３．ＣＢＮ刀具的磨损规律及特点一ＣＢ Ｎ刀具所使用的机夹刀杆、刀片负倒棱和圆角半径均与陶瓷刀具相同。从图６的磨损曲线看，ＣＢ Ｎ刀具也存在边界磨损，但明显小于陶瓷刀具，这应归于ＣＢＮ刀具有较高的强度和硬度。由于Ｃ ＢＮ刀具价格昂贵，应重新刃磨继续使用，所以切削加工中需控制边界磨损，使刀片易于重磨。实 验中，以Ｉ／Ｎ—０．４ｍｍ或［Ｗ；一０．４ｍｍ作为磨钝标准，不仅ＣＢＮ刀具可多次重磨使 用，且由于ＶＮＩ较小，加工表面质量也较为理想。一般而言，陶瓷刀具、ＣＢＮ刀具切削加工应 利用其耐高温。抗氧化的优势。但切削塑性很小的Ｋ４１８一类的铸造合金，所形成的崩碎切屑极 易伤人。此外，为了保证较好的加工质量，也不易提高切削速度使得ＶＩＶ；过快增长。这样；陶 瓷刀具、ＣＢＮ刀具的优势就得不到发挥。经计算，加工单个零件的刀具费用高于ＹＤＩＳ刀具。 图６ＣｈＮ刀具磨损曲线四、结论１．切削铸造镍基高温合金Ｋ４１８，应首选硬质合金刀具ＹＤ ＩＳ和８１３刀具，切削速度推荐为１６～Ｚｌｍ／ｍｉｎ和１５～１．９ｍ／ｍｉｎ。２．陶瓷 刀具和ＣＢＮ刀具切削Ｋ４１８材料，影响刀具寿命的是边界磨损。提高切削速度，ＶＮ减小ＶＮ ｌ增加，不利于改善加工表面质量。韧性高的刀具抗边界磨损能力强，选择刀具时应着重考虑。参 考文献｜｜１肖虹，艾兴．晶须增韧陶瓷刀具切削镍基合金时的切削住能．
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