K24镍基高温合金切削性能试验研究

【摘要】： 高温合金是以铁、镍、钴为基，能在高温条件下正常工作的一类金属材料。高温合金被广泛应用在航空、化工、医疗、核工业等领域。K24是一种新型的铸造镍基高温合金，主要应用于未来航空发动机的热端部件。为了满足恶劣的使用条件的要求，K24具有独特的物理力学性能，但正是这些特征，给机械加工造成了困难。在生产加工中K24切削性能极差，切削力非常高，刀具磨损严重，为了提高高温合金的加工效率，降低加工费用，本文对其切削性能进行系统研究。 论文构建了切削力测试系统。根据试验要求，完成了切削力测试系统硬件和软件的整体设计。构造了以Kristler压电测力仪、PCL818HD数据采集卡和PC为基础的测试硬件系统，并利用VC6.0、虚拟驱动程序和面向对象技术、多线程技术在Windows平台上开发了切削力测试软件系统。论文针对软件开发中数据采集卡类实现、采集系统精确定时、系统中断响应和数据存储、显示的同步实现等关键技术进行了系统研究，并对系统的整体性能进行了评估。整个切削力系统可以完成多通道、高频率的切削力实时采集，量程约为±5kN，整体性能完全满足试验要求。 论文进行了K24铣削和钻削试验，针对其切削性能进行了系统研究，并提出相关的建议。通过阐述镍基高温合金的组织特点，考察K24的合金成分和物理力学性能，对K24难加工性进行了综合评价。从设计正交试验方案出发，利用切削力测试系统对K24进行了铣削和钻削力测定，研究了切削力曲线特征，获得了切削力和切削用量之间的定量关系，分析了切削用量对于切削力的影响，并对K24和45钢切削力进行了对比研究；讨论了各类型材料刀具对于高温合金的切削能力，测定K24切削刀具磨损量和磨损形态，并分析了磨损原因，针对不同类型刀具磨损进行了对比研究；测定了铣削表面粗糙度，分析了切削条件对于表面质量的影响，讨论了切削温度分布及切削液的作用；研究表明K24是最难切削材料之一，切削力为通常金属加工的1.8～2.2倍，铣削表面粗糙度约为Ra0.4～0.9，硬质合金刀具主要磨损形式为后刀面磨损、沟纹磨损和主切削刃微崩，造成磨损的主要原因是硬质点和加工硬化引起的磨料磨损以及交变应力和冲击引起的切削刃微崩。最后针对K24加工状况从切削用量、刀具材料和几何角度、切削液选择等方面给出了具体的建议。