高溫合金孔加工技術(shù)研究

1、高溫合金孔加工技術(shù)研究高溫合金孔加工技術(shù)研究隨著科學(xué)技術(shù)和人類文明進(jìn)步的需要，機(jī)械產(chǎn)品高性能、多功能、高質(zhì)量要求十分強(qiáng)烈，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求也更加緊湊，零件尺寸向微細(xì)化發(fā)展。為滿足上述要求，具有高硬度、高韌性和高耐磨性的難加工材料在產(chǎn)品中使用得越來越多。以發(fā)電設(shè)備為例，汽輪機(jī)從30萬普通機(jī)組到超超臨界100萬以及燃機(jī)等大功率高參數(shù)設(shè)備，耐高溫、耐磨、耐酸的零部件材料采用鎳基高溫合金或其它難加工材料的比例正在快速增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，十余年前企業(yè)

2、以常規(guī)機(jī)組為主導(dǎo)產(chǎn)品時所涉及的高溫合金等難加工材料僅GH132等極少數(shù)的零件材料。而目前因火電、氣電、核電、風(fēng)電等新產(chǎn)品的特殊要求，高強(qiáng)度不銹鋼、抗低溫脆性金屬、高溫耐熱合金等十余種材料給切削加工帶來了很大難題，其中高溫合金就有近十個牌號所涉及零件有十余種。這里只就鎳基高溫合金孔加工問題進(jìn)行技術(shù)探討。與一般鋼材相比，高溫合金的切削加工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）加工硬化傾向大。比如GH4169未強(qiáng)化處理的基體硬度約HRC37，切削后

3、表面產(chǎn)生0.03毫米左右的硬化層，硬度增加到HRC47左右，硬化程度高達(dá)27%。加工硬化現(xiàn)象對刀具壽命有很大影響，通常會產(chǎn)生嚴(yán)重的邊界磨損。2）切削力大。高溫合金強(qiáng)度比汽輪機(jī)常用合金鋼材料高30%以上，在600℃以上的切削溫度下，鎳基高溫合金材料的強(qiáng)度仍高于普通合金鋼材料。未強(qiáng)化處理的高溫合金單位切削力在4000Nmm2以上，而普通合金鋼僅2500Nmm2。3）材料導(dǎo)熱性差。切削高溫合金時產(chǎn)生的大量切削熱由刀具承受，刀尖承受了高達(dá)800

4、～1000℃的切削溫度，在高溫和大切削力作用下，將導(dǎo)致切削刃產(chǎn)生塑性變形、粘結(jié)與擴(kuò)散磨損。4）鎳基合金主要成份為鎳和鉻，另外還添加有少量其它元素：鉬、鉭、鈮、鎢等，值得注意的是，鉭、鈮、鎢等也是用來制造硬質(zhì)合金(或高速鋼)刀具的主要成分，用這些刀具加工高溫合金會產(chǎn)生擴(kuò)散磨損和磨料磨損。孔加工的一般特點(diǎn)孔加工是切削加工中難度較大的加工方式，屬半封閉式加工。特別是實(shí)心鉆孔時，切削熱極易滯留在切削刃附近，切削熱和切屑的及時排出很困難，這是影響

5、刀具壽命的關(guān)鍵所在，必須給以足夠的關(guān)注。鏜孔和擴(kuò)孔加工是在有預(yù)鉆孔條件下切削，與車削加工狀態(tài)相似，但刀桿系統(tǒng)剛性隨孔的深徑比增加而呈三次方遞減，通常鏜孔和擴(kuò)孔的刀桿系統(tǒng)剛性比車削和銑削條件低得多。為了保證孔加工精度、改善排屑條件，刀刃結(jié)構(gòu)、刀桿直徑和刀桿強(qiáng)度必須給予合理匹配。高溫合金孔加工技術(shù)難點(diǎn)相對于一般鋼材切削加工，切削高溫合金的刀具壽命要低50%以上，加工效率很低，加工成本也高得多。高溫合金孔加工主要難點(diǎn)是：1)切削力大，消耗機(jī)床

6、功率大。比如，采用某進(jìn)口品牌的68機(jī)夾扁鉆在GH901上進(jìn)行實(shí)心鉆孔，功率消耗大于30KW，而用相當(dāng)直徑的機(jī)夾復(fù)合鉆在15CrMo汽缸中分面上鉆孔功率消耗低于10KW。2)孔加工是半封閉的切削，產(chǎn)生的高切削熱和斷屑困難的切屑難以及時排出遠(yuǎn)離刀尖，刀具磨損更為劇烈。例如，在采用普通麻花鉆鉆GH901時按普通材料切削用量加工，僅幾分鐘，刀尖就呈現(xiàn)出藍(lán)色表面的燒傷現(xiàn)象。3)用普通的鉆削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。其原因是鉆削軸向力大，用

7、搖臂鉆床等系統(tǒng)剛性較差的設(shè)備加工，鉆頭等刀具易產(chǎn)生較大的彎曲，導(dǎo)致鉆孔偏斜，影響鉆孔入口處，并與鉆頭軸線夾角小于30，噴液方向盡量與鉆頭螺旋溝槽方向一致，見圖所示。外冷方式高速鋼麻花鉆高速鋼麻花鉆是低速加工高溫合金的傳統(tǒng)刀具，其優(yōu)點(diǎn)是容易手工修磨，刀具材料韌性好，對機(jī)床的要求相對較低。下面是用高速鋼麻花鉆加工高溫合金孔的實(shí)例。工件材料：GH901機(jī)床：數(shù)控落地鏜床TK6513，機(jī)床功率30KW鉆頭：普通HSS麻花鉆，鋒角140，橫刃修磨

8、要窄0.2mm鉆頭尺寸：12.380切削用量：Vc=3.864mmin，fn=0.06mmr冷卻條件：外冷，馬斯特水基切削液，每鉆進(jìn)3mm立即退刀，防止鉆刃空轉(zhuǎn)與孔底反復(fù)擠壓磨擦而增加高溫合金材料的加工硬化層厚度，鉆尖全部退出，其目的是對鉆頭及孔內(nèi)進(jìn)行冷卻，提高切削液冷卻效果，改善排屑條件。一個孔加工時間：17分鐘刀具磨損：鋒刃有較輕微的磨損加工效果：孔的直線度、表面粗糙度均達(dá)到了預(yù)鉆孔要求可轉(zhuǎn)位淺孔鉆可轉(zhuǎn)位淺孔鉆是帶可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片

9、的高效鉆孔刀具，其鉆孔效率是普通鉆頭的4倍以上。東汽最早在貝拉爾蒂數(shù)控鏜床上用于加工普通鋼材料法蘭面螺栓孔，目前已在常用鋼材加工中廣泛使用。通過試驗(yàn)該鉆頭也能用于高溫合金閥桿的鉆削加工，但要求刀具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第一、刀片要有較鋒利的切削刃，以降低鉆削力；第二、刀片斷屑槽要合理，減少切屑的過分卷曲變形帶來的大量切削熱；第三、根據(jù)機(jī)床功率選用合適的刀具直徑；第四、選擇合適的刀具長徑比，盡量增加刀具系統(tǒng)剛性?，F(xiàn)以高溫合金軸類零件71240徑