鑄造高溫合金材料的加工方法研究

呂 泉 王建新趙 喆

（1.沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043；2.沈陽(yáng)黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1.研究背景及意義

據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2008年切削加工占機(jī)械加工量的85%以上，因此提高切削加工的效率和質(zhì)量，降低加工成本，是機(jī)械制造工業(yè)的重要課題。鑄造高溫合金材料特點(diǎn)：①高硬度；②高強(qiáng)度；③低導(dǎo)熱性；④低塑性和高脆性；⑤有微觀(guān)的硬質(zhì)點(diǎn)或硬夾雜物。該材料的切削過(guò)程符合金屬切削的一般原理和規(guī)律，同時(shí)也有自己的顯著特點(diǎn)：（1）切削力大，切削溫度高（2）加工硬化嚴(yán)重（3）化學(xué)親合力強(qiáng)，容易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象（4）高硬質(zhì)點(diǎn)的摩擦作用（5）切屑難于處理。如其中的K24材料，機(jī)械加工十分困難。對(duì)于該種材料的加工突破，對(duì)于更深層次的加工研究具有深遠(yuǎn)的意義。

高溫合金材料推薦系數(shù)Km

2.以往加工方法

對(duì)于以往對(duì)鑄造高溫合金材料的常規(guī)加工方法，我們依靠工人經(jīng)驗(yàn)積累，使用普通機(jī)床進(jìn)行加工，對(duì)于刀具方面選用一些鑲片的（YD類(lèi)）硬質(zhì)合金，得到一組較適合的切削參數(shù)。但這對(duì)于主要完成切削任務(wù)的刀具設(shè)計(jì)、選用、制造和管理要求越來(lái)越高，難度也越來(lái)越大，刀具費(fèi)用在生產(chǎn)成本的比重也日趨上升，同時(shí)，在加工過(guò)程中切削參數(shù)的選擇及優(yōu)化對(duì)加工效率和質(zhì)量的影響已是至關(guān)重要。

產(chǎn)生的原因分析（見(jiàn)下表）

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高溫合金切削時(shí)的特點(diǎn)是材料的高溫強(qiáng)度大，切削時(shí)塑性變形大，切削力大，導(dǎo)熱性差，切削溫度高，加工硬化嚴(yán)重，容易粘刀，刀具壽命低。

3.解決方案

通過(guò)以上問(wèn)題的產(chǎn)生及原因分析制定了幾種加工方案，由于其它方法效果并不是很鮮明，如：普通銑加工，通過(guò)改進(jìn)刃具等，這里僅介紹以下兩種成功的加工方案。

3.1 數(shù)控機(jī)床高速加工

數(shù)控機(jī)床工藝系統(tǒng)剛性好，液壓夾緊工件要比普通機(jī)床牢固，刀具的選擇和是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量現(xiàn)選用，目前市場(chǎng)上大多采用CVD鍍膜的硬質(zhì)合金刀片。為了達(dá)到更高的抗磨損性能，可轉(zhuǎn)位刀片均采用多層鍍膜。有些加工對(duì)刀片的要求十分嚴(yán)格，刀片既要有鋒利的切削刃，以降低精加工表面的粗糙度，又要有極高的耐磨性，以保證工件的形狀精度。我們通過(guò)試驗(yàn)對(duì)進(jìn)口刀具和國(guó)產(chǎn)刀具進(jìn)行了試驗(yàn)，得出以下因素水平表。

因素水平表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論，轉(zhuǎn)速 80m/min；進(jìn)給量 1200mm/min；切削深度 0.1mm。考慮加工效率，刀具成本等因素，選擇某工具廠(chǎng)的一款SS-ER4-PL型刀具，在此加工參數(shù)下進(jìn)行加工，結(jié)果優(yōu)化。

3.2 電加工方法研究

鑄造高溫合金材料的加工方法——電加工，其中包括電火花機(jī)床和線(xiàn)切割機(jī)床加工。其加工均是一種自激放電，其特點(diǎn)如下：火花放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過(guò)程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低。利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行尺寸加工的方法，電火花加工因材料的不同而變化并不是很明顯。

電加工應(yīng)用于鑄造高溫合金材料的特點(diǎn)一、脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無(wú)法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。二、脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍小。三、加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀(guān)作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。四、可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.小結(jié)與展望

針對(duì)鑄造高溫合金材料經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、試驗(yàn)，對(duì)比，發(fā)現(xiàn)常規(guī)加工、數(shù)控高速加工及電加工幾種方法的優(yōu)點(diǎn)，刀具的切削參數(shù)、每齒切削量和軸向進(jìn)給量等多種因素有關(guān)，追求最佳的切削參數(shù)，要對(duì)所有的因素統(tǒng)一考慮。通過(guò)本次研究，將機(jī)床、刀具等多種相關(guān)因素固化，得出了一組可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)零件實(shí)際加工的有效參數(shù)，目前已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)按試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)模擬使用。隨著新材料、新工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)的機(jī)械加工在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，將向高質(zhì)、高效的方向發(fā)展，向集成化領(lǐng)域進(jìn)軍，考慮切削應(yīng)將所有的因素考慮到一起，將集成加工時(shí)所有影響加工的因素考慮進(jìn)來(lái)，使的切削參數(shù)高度集成化。不久的將來(lái)通過(guò)我們更加倍的努力，機(jī)械加工行業(yè)不斷發(fā)展壯大，切削技術(shù)將趕超國(guó)際的領(lǐng)先技術(shù)。

[1]宋昌才.數(shù)控電火花加工培訓(xùn)教程 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008.