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PCBN刀具车削镍基高温合金切削性能研究

宋庭科  
【摘要】: 镍基高温合金GH4169在高温和腐蚀条件下仍能保持良好的综合机械性能,是目前航空航天领域应用最广泛的一种高温合金。但由于其导热性差、含有许多微观硬质点等特点,是目前最难加工材料之一 解决难加工材料切削加工的方法之一就是采用新型刀具材料,其中立方氮化硼刀具(PCBN)由于硬度高、耐磨性和化学稳定性好等特点,使其在切削高温合金时表现出良好的切削性能。本文通过PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169的试验,研究了刀尖圆弧半径、负倒棱参数、切削用量、切削环境及PCBN成分对PCBN刀具切削性能的影响,并观察研究了PCBN刀具的磨损形貌和机理,同时探讨了镍基高温合金切屑的侧流现象及其影响。 PCBN刀具车削镍基合金GH4169的试验结果表明:增大刀尖圆弧半径、负倒棱角度或减小负倒棱宽度均会使刀具磨损减小;PCBN的磨损随切削速度的提高而增大;DBW85的切削性能优于BZN6000和BTN100,且其高速下的磨损量比另两种材质在低速下的磨损还小;湿切比干切减少磨损40%-50%;BZN6000和BTN100刀具在各种切削速度下后刀面磨损均呈现不规则状态,而DBW85后刀面磨损均匀;刀具前刀面发生了不同程度月牙洼磨损,且与切屑边缘接触处出现了较深的沟槽;镍基高温合金切屑发生了明显侧流,在切屑侧面形成锯齿;刀具主要发生粘接扩散磨损、氧化相变磨损、微崩刃和机械磨损(材料中硬质点的刻划和切屑侧面锯齿的刮擦);随着切削速度的提高,镍基高温合金材料的高温软化作用会使切削力降低,同时由于此时刀具磨损加剧会引起切削力增大,两者共同影响切削力的变化;切削深度和进给量的增大会使切削力增大。经分析认为,DBW85刀具的切削性能优于另两种材料刀具是由于其结合剂中的W元素会提高PCBN刀具的断裂韧性和高温抗氧化能力,Co和Al元素可以提高刀具的稳定性,故以W-Co-Al为结合剂的DBW85刀具表现出较好的切削性能;而BZN6000刀具只用Co作为结合剂,Co在高温下会与Ni发生扩散造成扩散磨损,故其切削性能不如DBW85刀具;国产BTN100刀具过大的CBN粒度降低了刀具的烧结强度和抗裂纹扩展能力,因此切削性能不如前两者。


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