高温合金切削特点
浅谈高温合金的切削加工

上 , 屑不 易断 , 切 排屑 困难 ; 工硬 化严 重 , 头 转 角处 易磨 损 , 加 钻 钻头 刚度 差容 易引起振 动 。 此 , 为 必须 选用 超硬 高速钢 或 超细 晶粒硬 质合 金或 则 结硬 质合金 制 造 钻头 。 除此 以 外 , 是 对 现有 钻 头 结构 进 行 就 改 进或 使用 专用的 特殊 结构 钻 头 。 采用 s 可 型硬 质合金 钻 头和 四刃带
金 属材 料, 高温合 金的 切削加工是现 代机 械 加工技 术中一个难 点。 本文 加 工件好 些 的( e , 要从 刀具 磨损 的角度 考虑 , 如F 基)主 选用K0U可 ; 1 ̄
损性 能 , 即选 用 强度 较 高 的超 细 晶粒 硬 质合金 较 合 适 ; C 基 高温 ④ o 合 金的 切 削加 工性 最差 。 刀具 材 料与加 工条件 的关 系、 床 的刚 度与 机 精度、 刀具 的 悬 伸长 度及 其 刚度 、 工件 的安 装 刚度 、 夹具 的 刚度与精 度等方面都必须考虑到, 特别是切削振动及故障更要考虑。 车削宜用 K0 、 0 C N, 细 晶粒 的硬 质合金 适合用 于刀具 易产 生破 损 的 1 K1及 B 超 情 况 , 中C 含量 多的K 不适于 低速切 削。 其 o 类 此 外, 注意 选择 合理 的刀具前 角Y , 要 选择合 理后 角 G ; 确 合 【并 理 的 切 削用量 并 要选 用性 能 好 的切 削 液 。 工 高温 合金 宜 选用 极压 加 加 i 以防应 力腐蚀 降 金 中的 强化 相越 多, 分散 程 度 越大 , 强性 能越 好 , 削加 工性就 越 切 削液 。 工N 基 高温合 金不宜 用硫化 极 压切削液 , 热 切 差。 高温 合金的 加工 由易一难 顺序 为: 低 其疲 劳 强度 , 可用乳化 液、 明水 基切 削液、 透 蓖麻 油等。 变形 高温合 金G 04 H23 一G 2 3一G 15 Hl 0 H4 3 一G 0 6 H 12 H23 一G 1 4 三, 高温 合金 的 加工 时应 注意 的 一些 问题 GH3 3 一 GH4 3  ̄ GH4 3 一 GH4 4 GH4 3 A… … O0 03 07 09 13 1 铣 削加 工 . 铸造 高温合 金K21 1一K24 4 l 4 6 6 0 1一K 0—K 0 一K 4 …… 用 于高 温合 金 的铣 刀除 端 铣 刀和 部 分立 铣 刀用硬 质合 金外 , 其 2 切 削 变形 大 . 余各 类铣 刀大都 采 用高 性能 高速 钢 制 造 。 用做 端 铣 刀和立 铣 刀的 硬 高温 合 金 的 塑性 很大 , 的 延 伸率 6≥4 % , 有 0 合金 的奥 氏体 中 质合金 以K1 、 0 0 K2 较合 适 , 因为 它们 比K 1 耐冲 击和耐 热疲 劳。 0更 铣 固溶体 品格 滑移 系数 多, 塑性 变 形大 , 故切 削 变形 系数 大 。 低 速 拉 削高温 合金时 , 如 刀具切 削刃既要锋 利又要 能耐冲 击, 容屑槽 要大 , 为此 削变形 F 基高温 合金 G 12 其切 削变 形 系数 人h e H2 3 时, 约为4 钢 的 15 可采用大 螺旋 角铣 刀。 5 . 2 钻削 加l 、 T 倍。 在 高温合 金上 钻孔 时, 扭矩 和 轴 向力均 很大 ; 切屑 易粘 结于 钻 头 3 加 工硬 化倾 向大 、 高温 合 金是 多组 元 的 复杂 合 金 , 高温 氧化 气氛 及 燃 气腐 蚀 条 能 件 下工作 , 有优 良的热 强性 能 , 具 热稳 定性 能 及热 疲 劳 性能 。 高温 合 金 主要 用于航 空 涡轮 发动机 , 天发动 机 的耐 热零部 件 , 航 特别 是火 焰 简 、 轮 叶片、 向叶片及涡 轮盘 是高 温合金 应 用的典 型零件 。 涡 导 高温 合 金切 削加 工 的特 点 1 切 削加 工性 差 . 高温 合 金 的相 对 切 削加 工性 均很 差 , v K 约在 02 .之 间 , .-0 5 合
高温合金的切削加工分析

为了获得刃 口锋利 的刀片 , 采用合理刀片 刃磨 的方法 , 要
提 高 刀 片 的 刃 磨质 量 。
切 削高温 合金 时 , 为了减小 塑性 变形 , 减小切 削力 , 降低
温合金的推广和使用 十分重要 。
1 高温 合金 的切 削特 点
高温合金在切削过程 中有 以下特点 : () I 塑性变形大 。 由于高温合金 中有大量 的奥 氏体组织存 在 , 以高温合金 的塑性变形很大 。 所 () 2 切削力大 。高温合金在 较高温度下 , 仍有较高的物理 机械性 能 , 使切 削力增 大 。通常 , 切削高温合金 的单位 切削力 要 比切 削中碳钢 高 1 ~3倍 。
0.5 ~ 0. mm 。 0 2
() 4 切削温度高 , 刀具易磨损 。 削高温合金 时, 切 产生较大
的塑性变形 , 刀具 与工件 间的摩擦 加剧 , 削力增大 , 切 因此产
生 大量 的切削热 。因高温合金 的导热 系数低 , 以高温合金的 所
散热性很差 , 使切 削温度升高 。由于高温合金的高温强度高 ,
为 了减 小刀具后刀面与加工表面间酌磨擦 ,后角应稍 大 些, 粗加工一般取 8 。~1 。, 2 精加工取 1 。一1 。 2 8。
刀具宜采用大工作 主偏 角 , 以减小背 向切削力 。主偏角 6 。一7 。; 0 5 副偏角 5 。~1。; 0 刃倾 角 0。—一 0 刀尖 圆角半 1 。;
其中, 采用 Y G类 硬质合金 是常用 的牌 号 ; 6 3切削高 温合 用 4 金效 果较好 ;其余几种牌 号切削效果 明显优 于 Y G类硬质合
镍基单晶高温合金DD5_磨削成屑机理研究

镍基单晶高温合金DD5磨削成屑机理研究*于贵华1, 朱 涛1, 蔡 明1, 安志欣1, 王成静2, 罗书宝1(1. 辽宁石油化工大学 机械工程学院, 辽宁 抚顺 113001)(2. 辽宁石油化工大学 石油化工学院, 辽宁 抚顺 113001)摘要 为研究镍基单晶高温合金DD5的磨削去除机理,提高其加工效率,针对镍基单晶高温合金具有显著各向异性的特点,建立基于Hill 模型的三维有限元磨削模型,研究镍基单晶高温合金DD5的表面加工形貌和切屑形貌,分析切屑形貌演变过程及其磨削力变化,探究磨削速度对切屑形貌和切屑形成频率的影响。
研究表明:在磨削参数范围内,加工DD5容易出现锯齿形切屑;磨削力呈稳定增加并伴有一定的周期性波动,其波动情况与锯齿形切屑相对应;随着磨削速度的增大,磨粒能更快进入切削阶段,其临界成屑厚度由0.225μm 最终降为0.158 μm ,成屑阶段占比由85.0%提高到89.5%;临界划擦厚度受磨削速度变化影响不大;随着磨削速度的增加,DD5切屑形貌由锯齿分节密集堆叠的单元节状向连续型锯齿状转变,最后发展为条形带状切屑。
关键词 磨削;切屑形貌;镍基单晶高温合金DD5;有限元分析中图分类号 TG58; TH161 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)06-0760-12DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0169收稿日期 2022-10-11 修回日期 2023-01-16作为航空发动机涡轮盘、转子叶片、涡轮导向叶片等关键零部件的主要材料,镍基单晶高温合金具有优异的物理和化学性能,例如抗蠕变性能、耐高温性能、抗冲击性能等[1-2]。
然而,这些优异的力学性能也给其加工制造带来了巨大困难,使其出现加工质量差、加工成本高等缺点[3]。
和其他传统加工方式相比,磨削加工具有加工质量好、精度高等特点,能够满足镍基单晶高温合金在特殊工况下的使用条件[4]。
但是,在磨削过程中镍基单晶高温合金仍出现磨削温度高、磨削力大、能量损耗高、加工效率低等难点[5]。
高温合金材料及其切削加工性

高温合金材料及其切削加工性随着科学技术和人类文明进步的需要,机械产品高性能、多功能、高质量要求非常剧烈,产品结构要求也更加紧凑,零件尺寸向微细化进展。
为满意上述要求,具有高硬度、高韧性和高耐磨性的难加工材料在产品中使用得越来越多。
以发电设备为例,汽轮机从30万一般机组到超超临界100万以及燃机等大功率高参数设备,耐高温、耐磨、耐酸的零部件材料采纳镍基高温合金或其它难加工材料的比例正在快速增加。
据不完全统计,十余年前企业以常规机组为主导产品时,所涉及的高温合金等难加工材料仅GH132等极少数的零件材料。
而目前,因火电、气电、核电、风电等新产品的特别要求,高强度不锈钢、抗低温脆性金属、高温耐热合金等十余种材料给切削加工带来了很大难题,其中高温合金就有近十个牌号,所涉及零件有十余种。
这里只就镍基高温合金孔加工问题进行技术探讨。
与一般钢材相比,高温合金的切削加工难点主要表现在以下几个方面:加工硬化倾向大。
比如GH4169未强化处理的基体硬度约HRC37,切削后表面产生0.03毫米左右的硬化层,硬度增加到HRC47左右,硬化程度高达27%。
加工硬化现象对刀具寿命有很大影响,通常会产生严峻的边界磨损。
2)切削力大。
高温合金强度比汽轮机常用合金钢材料高30%以上,在600℃以上的切削温度下,镍基高温合金材料的强度仍高于一般合金钢材料。
未强化处理的高温合金单位切削力在4000N/mm2以上,而一般合金钢仅2500N/mm2。
3)材料导热性差。
切削高温合金时产生的大量切削热由刀具承受,刀尖承受了高达800~1000℃的切削温度,在高温柔大切削力作用下,将导致切削刃产生塑性变形、粘结与集中磨损。
4)镍基合金主要成份为镍和铬,另外还添加有少量其它元素:钼、钽、铌、钨等,值得留意的是,钽、铌、钨等也是用来制造硬质合金(或高速钢)刀具的主要成分,用这些刀具加工高温合金会产生集中磨损和磨料磨损。
高温合金高速切削性能分析及参数优化

( h n iUnv ri fS in e& T c n lg ,X ’ n 7 0 ,C ia Sax ies y o ce c t e h oo y i a 2 1 1 hn ) 0
络 建 模 , 析 了切 削 速 度 、 给 量 、 削 深 度 、 削 时 分 进 切 切
究 。在各类 难 加 工 材 料 当 中 , 基 高 温 合 金 是 最 难 镍
加 工 的 材 料 之 一 , 有 硬 质 点 多 、 热 性 极 差 、 工 具 导 加
间及 冷却 液 等 因 素 对 切 削 过 程 的影 响 , 通 过 涂 层 并 刀具 的 高 速 切 削试 验 对 人 工 神 经 网 络 模 型 进 行 验 证 , 到 与 试 验 相 符 的 结 果 ; 尔 滨 工 业 大 学 梁 作 得 哈 斌 等 对 G 4 6 H 19进 行 了高速 铣 削试 验 , 出 了切 削 得 力 随切削 速度 V 每齿 进 给 量 . 铣 削 深 度 a 、 、 和 铣 削 宽度 a 的变化 规律 。
T eep r n rsl lb sdt esnby sl t h i s edmahnn ut gp rm tr. h x ei t eu swi eue orao a l e c teh曲-p e c i gctn aa ees me t l e i i
K e r s:h g s e u tn ;c ti rm e es e e i lo ih ;o i i y wo d ih-pe d c tig u tngpaa t r ;g n tc ag rt m ptm ze
参数 的选择提 供 了参 考和依 据 。 关键词 : 高速切 削 ; 削参数 ; 切 遗传 算 法 ; 优化
不同材质刀具切削参数

不同材质刀具切削参数在机械加工中,刀具的选择和切削参数的设置对于生产效率和产品质量具有重要影响。
不同的材料对切削条件有不同的需求,因此了解各种材料的特性并相应地调整切削参数是至关重要的。
本文将探讨几种常见金属材料的刀具切削参数。
一、不锈钢不锈钢具有良好的强度和耐腐蚀性,但相对较硬,切削时需要较高的切削力和适当的冷却。
一般建议使用硬度较高(如高速钢)的刀具,以避免过度磨损。
切削速度应保持在较低水平,进给量也应适当控制。
为了确保良好的冷却效果,通常会使用水基或油基切削液。
二、铝合金铝合金轻便且易于加工,但其易脆性和敏感性使得切削过程需要特别注意。
推荐使用硬质合金或涂层刀具,因为它们能够抵抗铝的氧化作用。
切削速度应控制在中等范围,进给量也需适度降低。
为防止粘刀现象,可以使用乳化油或极压切削油。
三、碳钢碳钢是常用的结构材料,其质地均匀、韧性好。
对于碳钢的切削,可以选择钨钻类刀具,由于其高硬度和高温性能良好,可以有效地进行切削。
切削速度可在中等偏高的范围内,进给量和背吃力矩应适中。
推荐使用润滑性能好的乳化油。
四、钛合金钛合金具有优异的抗腐蚀性和高强度,但也因此而变得异常敏感和脆弱。
钛合金的切削要求非常精确的控制,包括缓慢的切削速度、小直径的切入和切出路径以及充分冷却等。
通常建议使用金刚石涂层的高速钢刀具或者超细颗粒硬质合金涂层刀具,这样可以更好地适应钛合金的高温高压环境。
此外,还需根据实际情况选择合适的冷却剂来减少热变形和提高加工质量。
五、铜合金铜合金具有良好的导电性和导热性,适合于制造电气元件和其他相关产品。
然而,由于其软性,需要更小的切削力和更大的容屑空间。
一般来说,高速钢或硬质合金刀具都能满足这种材料的切割需求。
切削速度应在低速范围内,进给量也要适当减小。
同时,为了防止过热和粘刀现象,我们推荐使用水溶性切削液。
六、高强度钢高强度钢具有较高的硬度和强度,因此需要更高的切削力和更大的切削深度。
推荐使用硬度较高(如超细颗粒硬质合金)的刀具,并适当提高切削速度和进给量。
pcbn刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

PCBN刀具是一种广泛应用于切削高温合金的工具,它的锯齿形切屑形成机理是非常重要的。
本文将深入探讨PCBN刀具的切削原理、切屑形成机理以及其在高温合金切削中的应用。
一、PCBN刀具的切削原理1. PCBN刀具的特点PCBN刀具是以多晶立方氮化硼为刀片的刀具,具有硬度高、热稳定性好、耐磨性强的特点,适用于切削高温合金等难加工材料。
2. 切削过程在切削高温合金时,PCBN刀具通过切削力将工件上的金属切削,产生的热量迅速散发,从而完成工件的加工。
二、切屑形成机理1. 切屑形成过程在切削高温合金时,PCBN刀具将金属切削下来形成切屑。
切屑形成的过程受到多种因素的影响,如刀具的切削速度、进给速度、切屑厚度和切削角度等。
2. PCBN刀具切屑形成机理PCBN刀具通过高速旋转和切削力的作用,将高温合金材料切削下来,形成切屑。
PCBN刀具自身的特性也影响着切屑的形成,比如刀具的刀片形状、刀片的刃口结构等。
三、PCBN刀具在高温合金切削中的应用1. 优势PCBN刀具在切削高温合金时具有良好的耐磨性和热稳定性,能够有效地提高刀具的使用寿命和切削效率。
2. 应用领域PCBN刀具广泛应用于航空航天、汽车制造等领域,在切削高温合金零件时发挥着重要作用。
总结通过以上分析,我们可以看出PCBN刀具在切削高温合金中的重要性和优势。
切屑形成机理是PCBN刀具切削过程中的关键环节,了解其机理有助于优化刀具的使用和提高加工效率。
个人观点作为文章写手,我深切认识到PCBN刀具在切削高温合金中的重要性,它不仅提高了加工效率,也降低了加工成本,对于推动相关行业的发展是非常有益的。
希望未来能有更多的创新和技术突破,使PCBN刀具在工业生产中发挥更大的作用。
在本篇文章中,我根据您提供的主题内容,详细阐述了PCBN刀具切削高温合金的切屑形成机理,希望对您有所帮助。
如有不足之处,还望多加指教。
PCBN刀具在切削高温合金中的应用已经成为现代制造业中不可或缺的重要工具。
镍基高温合金的切削性能及切削参数优化

镍基高温合金的切削性能及切削参数优化镍基高温合金是一种在高温环境下具有优异性能的材料,被广泛应用于航空、航天和能源等领域。
然而,由于其高硬度、高强度和高热稳定性,切削镍基高温合金是一项具有挑战性的任务。
因此,研究镍基高温合金的切削性能并优化切削参数对于提高切削效率和工件质量具有重要意义。
首先,镍基高温合金的切削性能受材料本身的特性影响。
镍基高温合金具有较高的硬度和强度,因此切削过程中会产生较大的切削力和切削温度。
同时,高温合金还具有一定的塑性变形能力,这会导致切削刃具的磨损加剧。
因此,切削镍基高温合金需要选择合适的切削刃具和切削液,并采取适当的切削策略,以减小切削力和切削温度,延长刀具寿命。
其次,切削参数的选择对镍基高温合金的切削性能具有重要影响。
切削速度、进给速度和切削深度是常用的切削参数。
在切削速度方面,较高的切削速度有助于提高切削效率,但过高的切削速度会导致刀具磨损加剧和切削表面质量下降。
进给速度的选择应考虑到切削力和切削温度的控制,较低的进给速度可以减小切削力和切削温度,但会降低切削效率。
切削深度的选择应根据工件的要求和刀具的承载能力进行合理确定。
为了优化切削参数,可以采用试验和数值模拟相结合的方法。
通过切削试验,可以获得切削力、切削温度和切削表面质量等关键参数,并评估切削性能。
同时,利用数值模拟方法,可以对切削过程进行仿真,预测切削力和切削温度的变化规律,为切削参数的优化提供依据。
综上所述,镍基高温合金的切削性能及切削参数优化对于提高切削效率和工件质量具有重要意义。
通过选择合适的切削刃具和切削液,以及合理调整切削参数,可以降低切削力和切削温度,延长刀具寿命,同时提高切削效率和工件表面质量。
未来的研究还应进一步探索切削机理和切削参数的优化方法,以满足高温合金在不同应用领域的需求。
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切削特点
a、切削力大:比切削45号钢大2~3倍。
b、切削温度高:比切削45号钢高50%左右。
c、加工硬化严重:切削它时的加工表面和已加工表面的硬度比基体高50~100%。
d、刀具易磨损:切削时易粘结、扩散、氧化和沟纹磨损。
刀具材料
a、高速钢:应选用高钒、高碳、含铝高速钢。
b、硬质合金:应采用YG类硬质合金。
最好采用含TaC或NbC的细颗粒和超细颗粒硬质合金。
如YG8、YG6X、YG10H、YW4、YD15、YGRM、YS2、643、813、712、726等。
c、陶瓷:在切削铸造高温合金时,采用陶瓷刀具也有其独特的优越性。
刀具几何参数
变形高温合金(如锻造、热轧、冷拔)。
刀具前角γ0为10°左右;铸造高温合金γ0为0°左右,一般不鐾负倒棱。
刀具后角一般α=10°~15°。
粗加工时刀倾角λs为-5°~-10°,精加工时λs =O~3°。
主偏角κr为45°~75°。
刀尖圆弧半径r为0.5~2mm,粗加工时,取大值。
切削用量
a、高速钢刀具:切削铸造高温合金切削速度Vc为3m/min左右,切削变形高温合金Vc=5~10m/min。
b、硬质合金刀具:切削变形高温合金Vc:40~60m/min;切削铸造高温合金Vc=7~10m/min。
进给量f和切削深度αp均应大于0.1mm,以免刀具在硬化后的表面进行切削,而加剧刀具磨损。
切削液
粗加工时,采用乳化液、极压乳化液。
精加工时,采用极压乳化液或极压切削油。
铰孔时,采用硫化油85~90%+煤油10~15%,或硫化油(或猪油)+CCl4。
高温合金攻丝十分困难,除适当加大底孔直径外,应采用白铅油+机械油,或氯化石蜡用煤油稀释,或用MoS2油膏。
高温合金钻孔
高温合金的钻孔,十分困难,一般应采用硬质合金钻头,如浅孔钻、整体或镶焊的硬质合金钻头。
如采用高速钢钻头时,应修磨钻头的副后角α'0,以减小和孔壁的摩擦。
同时还应修磨钻尖,减小钻头横刃的宽度,以减小钻削时的轴向力。
钻头要锋利,最好采用自动进给,钻削时,钻头不要在切削表面停留,以免加剧切削表面硬化,给下一次进刀带来困难。
一,综述高温合金种类
高温合金是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。
高温合金有以下几种:
1,按基体元素:分为铁基、镍基、钴基等高温合金。
镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位,它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件,与钴合金相比,镍合金能在较高温度与应力下工作,尤其是在动叶片场合,
2.按生产工艺:分为铸造高温合金,变形高温合金,粉末冶金高温合金。
二,高温合金与CBN刀具
1,不锈钢高温合金(奥氏体不锈钢)不太适合用CBN刀具加工,但其他HRC45以上耐热钢类可以用CBN刀具加工。
2,铸造类镍基、钴基高温合金非常适合用CBN刀具加工。
3,由于高温合金的种类复杂,注意针对工件的不同金属元素含量和工艺类型选择合适的CBN牌号。
4,非高温合金类的粉末冶金零件已经被证实适合用CBN刀具加工。
三,车削粉末冶金高温合金的刀具对比试验
(试验机床:CK61100,工件材料:粉末高温合金涡轮盘;硬度>HB388,工件直径610mm,刀具:焊接复合式CBN刀片)
1,当采用YT726硬质合金刀具,以切削速度v=15m/min、切削深度ap=0.2mm、进给量f=0.1mm/r的切削用量车削FGH95粉末高温合金,切削路程仅为3.6m 时,后刀面磨损量VB=0.15mm,刀具的磨损使刀具的寿命仍然不能保证连续加工一个面。
此时车刀的径向磨损量为0.016mm,反映在工件直径上的变化量dd=0.032mm。
2,若采用华菱CBN刀片车削粉末高温合金,切削用量:v=70m/min,
ap=0.2mm,f=0.1mm/r)。
切削路程l=3.6m时,后刀面磨损量几乎丈量不出。
3,用CBN车刀半精车或精车粉末高温合金材料是可行的,与硬质合金相比,不仅加工质量高,而且刀具寿命明显进步。
4,当切削温度达到1000~1200℃时,刀具表面会产生氧化与放氮现象,过高的温度还会产生CBN→HBN的转化,使CBN刀刃失往切削能力。
为此,在采用华菱CBN刀具切削时,必须留意选择合适的切削用量和刀具几何参数,使切削温度不致过高。
5,由于CBN刀刃处会产生颗粒剥落和微崩刃,因此必须控制切削力和切削振动,并选用刚性较好的机。