陶瓷刀具在发动机中介机匣加工中的应用
1引言
我公司为美国GE公司转包加工发动机部件——中介机匣,工件材料为高含镍量的镍基高温合金,属于典型的难加工材料(相对加工性仅为0.07)；工件形状十分复杂,中间有许多“岛区”,单边加工余量最大可达30mm以上,最小也超过20mm,加工难度很大。目前我厂采用硬质合金刀具进行铣削加工,但刀具磨损、破损严重,加工效率很低,造成刀具费用居高不下。为了提高加工效率、降低生产成本,我们尝试采用陶瓷刀具替代硬质合金刀具进行镍基高温合金的粗铣加工。为此,对陶瓷刀片的切削加工性能进行了试验研究。
表1安装边切削试验结果
刀片材料
转速n
(r/min)
进给率f
(mm/min)
切深ap
(mm)
切削时间
(s)
刀片磨
损情况
TiN金属陶瓷
4000
750
2
30
崩齿严重
TiN金属陶瓷
3500
716
2
32
崩齿
TiN金属陶瓷
2000
400
1
40
崩齿严重
Si3N4
赛阿龙陶瓷
4000
800
2
40
崩齿严重
Si3N4
赛阿龙陶瓷
1500
225
2
45
崩齿严重
Si3N4
赛阿龙陶瓷
1100
160
1
38
崩齿严重
Si3N4
赛阿龙陶瓷
800
70
0.5
35
大面积层剥
2试验内容与条件
切削试验内容
·加工安装边的切削试验。
·中介机匣的圆台切削试验(确定加工参数)。
·中介机匣的开槽切削试验(优化加工程序)。
切削试验条件
·试验用设备:德国德马机床。
·试验用刀具:分别采用TiN晶须增韧金属陶瓷和Si3N4赛阿龙陶瓷两种陶瓷刀片和日本强力夹紧刀柄；铣刀盘直径:d=31.75mm,圆刀片的前角和后角均为11°。
·切削方式:三齿端面干铣削,强风吹屑。
3试验结果与分析
·加工安装边的切削试验
本试验的目的是确定陶瓷刀片的切削性能。由于中介机匣使用的进口材料价格昂贵,为节约成本,利用报废的安装边进行切削试验。安装边材料为No.263,也属镍基高温合金,含镍量与Inconel718相近,但硬度要低很多(22～25HRC)。分别采用TiN晶须增韧金属陶瓷刀片和Si3N4赛阿龙陶瓷刀片对安装边进行切削试验,试验结果如表1所示。
图1大面积层剥报废的刀片
由表1试验结果可见,虽然切削参数并不高,且切削时间很短,但陶瓷刀片的损坏却非常严重,出现了大面积层剥(见图1上部),这表明陶瓷刀片并不适合加工安装边。由于No.263材料的硬度较软(22～25HRC),用陶瓷刀片切削时易发生粘结磨损,在一定的温度和压力条件下,刀具与切屑及工件加工表面接触处的分子和原子引力大到足以使彼此粘结在一起,随着工件和切屑的运动,粘结界面发生塑性流动与剪断,有时会将刀具材料粘结到工件上,造成刀具磨损。此外,由于采用简易编程,走刀路线不符合零件形状,造成断续切削,使刀片发生崩刃和大面积剥落(见图1下部)。
·中介机匣的圆台切削试验
本试验的目的是确定用陶瓷刀片加工中介机匣的切削参数。中介机匣的材料为Inconel718(含镍量约51%,硬度32～55HRC)。分别采用TiN晶须增韧金属陶瓷刀片和Si3N4赛阿龙陶瓷刀片在907机匣上进行圆台切削试验,试验结果如表2所示。
表2中介机匣切削试验结果
刀片材料
转速n
(r/min)
进给率f
(mm/min)
切深ap
(mm)
切削角
(°)
切削时间
(s)
刀片磨
损情况
TiN金属陶瓷
3500
716
2
30
70
崩齿严重
Si3N4赛阿龙
陶瓷
4000
1540
2
30
80
刀片半层
剥落
Si3N4赛阿龙
陶瓷
6000
1540
2
30
90
侧刃有崩齿
(未在零件
中),刀片半
层剥落
Si3N4赛阿龙
陶瓷
7500
1900
2
30
110
刀片半层
剥落
Si3N4赛阿龙
陶瓷
7500
1800
2
0
138
崩齿严重
Si3N4赛阿龙
陶瓷
7500
2000
3
0
180
磨损不大
Si3N4赛阿龙
陶瓷
7500
2000
3
0
190
磨损不大
(刀片转新
面加工)
Si3N4赛阿龙
陶瓷
7500
2000
3
0
190
磨损不大
(刀片转新
面加工)
null
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