PCBN刀具车削镍基高温合金切削性能研究

论文摘要

镍基高温合金GH4169在高温和腐蚀条件下仍能保持良好的综合机械性能,是目前航空航天领域应用最广泛的一种高温合金。但由于其导热性差、含有许多微观硬质点等特点,是目前最难加工材料之一解决难加工材料切削加工的方法之一就是采用新型刀具材料,其中立方氮化硼刀具（PCBN）由于硬度高、耐磨性和化学稳定性好等特点,使其在切削高温合金时表现出良好的切削性能。本文通过PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169的试验,研究了刀尖圆弧半径、负倒棱参数、切削用量、切削环境及PCBN成分对PCBN刀具切削性能的影响,并观察研究了PCBN刀具的磨损形貌和机理,同时探讨了镍基高温合金切屑的侧流现象及其影响。PCBN刀具车削镍基合金GH4169的试验结果表明：增大刀尖圆弧半径、负倒棱角度或减小负倒棱宽度均会使刀具磨损减小；PCBN的磨损随切削速度的提高而增大；DBW85的切削性能优于BZN6000和BTN100,且其高速下的磨损量比另两种材质在低速下的磨损还小；湿切比干切减少磨损40%-50%；BZN6000和BTN100刀具在各种切削速度下后刀面磨损均呈现不规则状态,而DBW85后刀面磨损均匀；刀具前刀面发生了不同程度月牙洼磨损,且与切屑边缘接触处出现了较深的沟槽；镍基高温合金切屑发生了明显侧流,在切屑侧面形成锯齿；刀具主要发生粘接扩散磨损、氧化相变磨损、微崩刃和机械磨损（材料中硬质点的刻划和切屑侧面锯齿的刮擦）；随着切削速度的提高,镍基高温合金材料的高温软化作用会使切削力降低,同时由于此时刀具磨损加剧会引起切削力增大,两者共同影响切削力的变化；切削深度和进给量的增大会使切削力增大。经分析认为,DBW85刀具的切削性能优于另两种材料刀具是由于其结合剂中的W元素会提高PCBN刀具的断裂韧性和高温抗氧化能力,Co和Al元素可以提高刀具的稳定性,故以W-Co-Al为结合剂的DBW85刀具表现出较好的切削性能；而BZN6000刀具只用Co作为结合剂,Co在高温下会与Ni发生扩散造成扩散磨损,故其切削性能不如DBW85刀具；国产BTN100刀具过大的CBN粒度降低了刀具的烧结强度和抗裂纹扩展能力,因此切削性能不如前两者。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 超硬材料刀具PCBN
• 1.2.1 PCBN刀具的发展
• 1.2.2 PCBN刀具的性能
• 1.2.3 PCBN刀具的制造和质量影响因素
• 1.2.4 PCBN刀具的应用现状
• 2 高温合金
• 2.1 高温合金的分类和发展概况
• 2.2 高温合金的特性
• 2.3 高温合金加工研究
• 2.4 本课题的主要研究工作
• 3 试验设计与试验步骤
• 3.1 试验设计
• 3.1.1 PCBN刀片的选择
• 3.1.2 刀具设计
• 3.1.3 切削用量的选择
• 3.1.4 工件材料的制定
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验设备与方法
• 3.2.3 试验步骤
• 4 PCBN刀具车削镍基合金GH4169对比研究
• 4.1 PCBN切削性能影响因素的研究
• 4.1.1 PCBN材质和切削用量对磨损的影响
• 4.1.2 刀具几何参数对磨损的影响
• 4.1.3 切削环境对磨损的影响
• 4.2 刀具磨损试验研究
• 4.2.1 刀具磨损形貌对比
• 4.2.2 刀具磨损机理分析
• 4.3 切削力对比研究
• 4.3.1 切削速度对切削力的影响
• 4.3.2 切削深度对切削力的影响
• 4.3.3 进给量对切削力的影响
• 4.4 镍基高温合金材料的侧流
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢