鎳基高溫合金GH4169的切削參數(shù)研究

黃承志

摘 ?要：通過研究切削用量（切削速度Vc、進給量f 、背吃刀量ap）對表面粗糙度Ra的影響規(guī)律，分析各參數(shù)對表面粗糙度變化的原因，更利于我們選擇合理的切削參數(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量高效率的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：鎳基高溫合金GH4169;切削參數(shù);表面粗糙度;高效加工

高溫合金又稱熱強合金、耐熱合金或超合金，其按基體元素可分為鐵基、鐵鎳基、鎳基和鈷基四種。因其具有高強度，抗氧化性，抗輻照，熱加工性能和焊接性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性等，又不含或較少含有稀缺的資源Co，而常用于航空渦輪發(fā)動機、艦艇渦輪發(fā)動機、電站渦輪發(fā)動機、宇航飛行器及火箭發(fā)動機。GH4169合金是一種鐵-鎳-鉻基的變形高溫合金（美國牌號為Inconel718），合金組織由γ基體、δ相、碳化物和作為強化相的（Ni3（Al，Ti，Nb））和（Ni3Nb）組成，是目前國內(nèi)航空、航天等領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的高溫合金材料。

鎳基高溫合金GH4169能在600℃～1000℃的高溫氧化氣氛及燃氣腐蝕條件下工作，具有優(yōu)良的熱強性能、熱穩(wěn)定性能及熱疲勞性能。但GH4169合金是典型的難加工材料，切削加工性能差，所以迫切需要解決這一技術(shù)問題。為此我們著重研究GH4169加工的切削用量（切削速度Vc、進給量f 、背吃刀量ap）對表面粗糙度Ra的影響規(guī)律。

1、試驗條件

1） 車床設(shè)備：C5240 普通大立車，0 ～ 63 r/min無級變速。

2） 刀具：YG8或刀桿型號：MCLNR3232P12，刀片型號：CNMG120408-GJ ?VP10RT。（精車）刀桿型號：AWLNL3232M08，刀片型號：WNMG 080408-M2 ?9605

3） 材料：鎳基高溫合金GH4169，經(jīng)1050℃固溶處理后，主要的化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。

4）表面粗糙度測量儀：SJ-210測量儀，編號：504351509

2、試驗內(nèi)容及結(jié)果

由于選擇不同的切削參數(shù)對粗糙度的影響較大，通過研究切削用量（切削速度Vc、進給量f 、背吃刀量ap）對表面粗糙度Ra的影響規(guī)律，更利于我們選擇合理的切削參數(shù)。

1） 切削速度Vc的改變對表面粗糙度Ra的影響

當我們將進給量f 和背吃刀量ap的參數(shù)不變，而逐漸改變切削速度Vc時，得到的表面

粗糙度Ra 的變化規(guī)律如下圖 1所示。其中f ?= 0.12mm/r，ap ?= 0.30 mm，切削速度Vc分別取15、25、35、45和55m/min。

從圖1可知，當切削速度在15～55m/min 之間變化時，表面粗糙度Ra值隨著切削速度

增大呈先減小后增大的趨勢，Ra變化幅度在1.6μm左右，在速度為45 m/min 時Ra值最小2.6μm。出現(xiàn)該情況的原因分析如下：

a、 當Vc在15～45m/min 之間時，切削速度較低時在刀具前刀面形成了積屑瘤和鱗刺，

已加工表面粗糙值較大，隨著車削速度的提高，積屑瘤和鱗刺等缺陷逐漸減小甚至消失，粗糙度值逐漸減小。

b、 當Vc在45～55m/min 之間時，隨著切削速度的增大，切削溫度升高，刀具后刀面磨

損加劇，同時易出現(xiàn)切削與加工表面之間的粘結(jié)，在剪切分離過程中部分已加工表面的工件材料被切屑帶走或部分切屑粘結(jié)在已加工表面，導(dǎo)致表面粗糙度增大。

2） 進給量f ?的改變對表面粗糙度Ra的影響

當我們將切切削速度Vc和背吃刀量ap的參數(shù)不變，而逐漸改變切進給量f ?時，得到的

表面粗糙度Ra 的變化規(guī)律如下圖 2所示。其中Vc ?= 43 mm/r，ap ?= 0.50 mm，進給量f ?分別取0.10、0.15、0.20、0.25和0.30 mm/r。

從圖2可知，當進給量在0.10～0.30 mm/r之間變化時，表面粗糙度Ra值隨著進給量的增

加呈線性增大。在進給量f <0.20 mm/r的情況下，切削厚度也比較小，工件上的殘留高度以及切削力、切削振動等也比較小，Ra值隨進給量的變化不是太大。在進給量f >0.20 mm/r的情況下，Ra值隨進給量的變化顯著。

3） 背吃刀量ap的改變對表面粗糙度Ra的影響

當我們將切切削速度Vc和進給量f 的參數(shù)不變，而逐漸改變切背吃刀量ap時，得到的

表面粗糙度Ra 的變化規(guī)律如下圖 3所示。其中Vc ?= 43 mm/r，f ?= 0.18 mm，背吃刀量ap分別取0.20、0.40、0.60、0.80、1.0和1.5 mm。

從圖3可知，當背吃刀量在0.20～1.5 mm/r之間變化時，表面粗糙度Ra值隨著背吃刀量

的增加而緩慢增大。背吃刀量的增大，切削力變大，切削與道具前刀面擠壓嚴重，材料容易發(fā)生粘結(jié)。

因此在高溫合金加工過程中，隨著切削速度的增加，切削溫度將會升高。為了避免切削溫度過高，應(yīng)采用較低的切削速度Vc ?=20 ～ 40m/min;為了避免切削刃和刀尖劃過硬化層，以及避免刀刃與加工便面發(fā)生“擠壓、打滑”現(xiàn)象而影響工件的加工質(zhì)量，背吃刀量ap 和進給量f 均不宜過小，一般ap ?= 0.1～4 mm，f ?= 0.1～0.5mm/r。

3、結(jié)論

綜上所述，冷加工切削參數(shù)中的進給量對表面粗糙度Ra的影響顯著，Ra值隨著進給量的增加呈線性增大;切削速度次之，表面粗糙度Ra值隨著切削速度增大呈先減小后增大的趨勢，背吃刀量影響較小，隨著背吃刀量的增加而緩慢增大。

參考文獻：

1、李企芳主編. ?難加工材料的加工技術(shù)，科學(xué)技術(shù)出版社，1992

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5、梁軍華，趙松濤，李小強. ?切削用量對鎳基高溫合金GH4169表面粗糙度試驗研究，西南交通大學(xué)，2016，1～3