KC5510涂層刀具鉆削GH706磨損機理研究

李曉鵬 劉娜

摘 要： 使用KC5510涂層刀具材料對高溫合金GH706進行了鉆削試驗，主要對刀具的磨損機理進行分析。通過國產鉆頭和進口KC5510涂層刀具進行切削刀具磨損綜合定性對比分析，得到切削過程中刀具磨損的分布規律，在鉆削加工高溫合金時，鉆頭的橫刃應當盡可能減小，也可采用無橫刃鉆頭，鉆心處刃口盡可能鋒利，鉆芯厚度增大提高鉆頭剛度。

關鍵詞： 高溫合金；刀具磨損；涂層刀具；鉆削

1.引言

隨著我國航空產業的發展，航空材料的需求和重要零部件對加工技術的需求日益增多，特別是一些關鍵零部件材料的加工瓶頸問題日益凸顯，這些因素制約著航空產業的迅速發展和航空戰略地位的迅速提升，為此研究難加工材料切削性能對航工工業的發展具有重要的意義。

高溫合金GH706合金具有優良的耐腐蝕和搞氧化性能，從低溫到980攝氏度均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，可用于制造航空發動機關鍵零部件，具有良好的加工性。目前對其研究主要集中于組織行為、力學性能和熱變形的研究，對其切削加工過程的研究較少，因此研究GH706在航空零部件加工過程中的切削問題具有一定的研究意義。

2.試驗部分

試驗在VMC1000C立式加工中心上進行，在切削過程中用YDZ-II02鉆削測力儀，進行軸向鉆削力及扭矩進行采集。

工件為塊料，采用線切割方法進行規方處理并去除熱處理氧化皮。鉆頭采用以色列HANITA整體硬質合金鉆頭及廈門金鷺整體硬質合金鉆頭。在本試驗研究中使用美國奎克公司的通用切削冷卻液。

為了適應航空系統內，刀具國產化的要求，試驗過程采用具有代表性的進口刀具和國產刀具，并且進口刀具和國產刀具切削性能和性價比進行了比較。鉆頭采用以色列HANITA整體硬質合金鉆頭（M152）及廈門金鷺整體硬質合金鉆頭（NES4-R），直徑均為Φ3、Φ6、Φ8、Φ10mm。在本試驗研究中使用美國奎克公司的通用切削冷卻液。

根據高溫合金切削加工的實際使用的工藝參數范圍，選擇高溫合金的鉆削加工參數方案如表1所示。

均勻試驗設計方案及刀具磨損試驗結果如表2所示。試驗進行過程中，每進行一次試驗均采用一把新刀具，保證試驗結果的正確性。試驗進行過程中，如果由于個別刀具質量、刀具及工件的裝夾等原因導致出現試驗結果的較大偏差時，均要在此次試驗進行2次重復試驗，以驗證試驗結果的可靠性。其中鉆頭磨損量以鉆尖處最大磨損量為準。

表1 GH706鉆削切削用量方案

表2 GH706鉆頭刀具磨損試驗規劃及試驗結果

3.結果與分析

如圖1和圖2所示的鉆削加工高溫合金時，鉆頭不同部位SEM圖像的磨損情況，從圖中不難發現，鉆頭切削刃都產生了崩刃現象，且有涂層剝落現象；而在橫刃處也出現了崩刃現象。

（a） 進口鉆頭 （b）國產鉆頭

圖1 鉆削高溫合金時鉆頭主、副切削刃磨損情況

國產和進口鉆頭EDS成份分析結果如圖2至圖3所示。涂層刀具涂層成份為TiAlN。

圖2 國產鉆頭主、副切削刃磨損部位成分分析

圖3 進口鉆頭主、副切削刃磨損部位成分分析

由圖2可發現點1、2成份均包括O成分，說明鉆削加工時產生了氧化作用，同時在1、3點包含Al等元素，各點均包含了較多的Cr、Ni、Mo、Fe等元素為擴散和粘結的高溫，由上述分析以看出，粘結、氧化、擴散及涂層剝落是國產涂層刀具的主要磨損機理。進口鉆頭與國產鉆頭的磨損機理基本一致。

4.結論

在正常加工工藝參數和加工時間范圍內，國產整體鉆頭與進口整體鉆頭在刀具耐用度方面有些區別；進口整體鉆頭性能略顯全面，更加適合長時間加工需求；從性價比分析，國產整體鉆頭具有明顯優勢。

高溫合金上鉆孔扭矩、軸向力很大；切屑易粘結于鉆頭上，切屑不易折斷，排屑困難；加工硬化嚴重，鉆頭易磨損，。在鉆削加工高溫合金時，鉆頭的橫刃應當盡可能減小，也可采用無橫刃鉆頭，鉆心處刃口盡可能鋒利，鉆芯厚度增大提高鉆頭剛度。■

參考文獻

[1] 蕭勝磊. 鎳基高溫合金GH706高速銑削機理研究[D]. 哈爾濱理工大學， 2014.

[2] 計偉， 劉獻禮， 范夢超等. PCBN刀具切削GH706磨損特征研究[J]. 摩擦學學報， 2015， 35（1）：37-44.

[3] 劉戰強， 艾興. 高速切削刀具磨損表面形態研究[J]. 摩擦學學報， 2002， 22（6）：468-471.

[4] Zhang X， Shivpuri R， Srivastava A K. Stress Triaxiality in Chip Segmentation During High Speed Machining of Titanium Alloy[C]// ASME 2014 International Manufacturing Science and Engineering Conference Collocated with the Jsme 2014 International Conference on Materials and Processing and the， North American Manufacturing Research Conference. 2014：V002T02A033.

[5] Yang Y H， Liu D， Peng J B， et al. Study on Hot Deformation Behavior of Cast-and-Homogenized Superalloy GH706[J]. Materials Science Forum， 2015， 816：648-654.

[6] 周文超， 楊吟飛， 李亮，等. GH706高溫合金削力試驗研究[J]. 工具技術， 2014， 48（8）.