株钻:镍基高温合金材料及其切削

2018-10-25作者 缅甸小勐拉

 

  高温合金可细分为镍基合金、铁基合金和钴基合金。高温合金在780℃以上的高温环境中仍具有良好的机械强度和保持表面性能不下降的能力。这是因为高温合金具有很高的抗拉伸强度、抗蠕变破裂强度,以及良好的延展性和韧性,其抗氧化能力和耐热腐蚀性能也十分优异。

  镍基和钴基高温合金主要用于航空航天、石油天然气开采、石油化工等行业,其用量大约占到高温合金的90%,正确加工镍基合金的方法包括高刚性的机床设备、高压冷却方式、正前角刀片、适当的主偏角和最佳切屑厚度。只要很好地把握这五个关键要素,镍基高温合金的加工就成功在望。

  1.切削阻力大(含有大量的合金元素、加工硬化现象严重、塑性变形大),是钢材的1.5-2倍。

  3.刀具磨损严重,机械磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损均比较严重,使刀具寿命明显降低。

  镍基高温合金车削加工时,刀具既要锋利还要保证足够的刀尖强度,刃口必须经过仔细刃磨,保持刀具较好的表面粗糙度,保证刃口光滑,不允许有任何崩刃、缺口、裂纹和毛刺,防止在加工时刀片崩刃损坏。刀片的耐磨性要好,才能保证加工高温合金时的表面质量。

  在车削加工时,会出现多种刀具磨损机制,如积屑瘤,沟槽磨损,切屑锤击等,其中会对切屑造成不利影响的两种主要磨损机制是积屑痛和因为工件表面容易冷作硬化而造成的沟槽磨损(也称为切深处磨损或刻划磨损)。

  刀具的沟槽磨损发生在主切削刃和副切削刃上。在主切削刃上,沟槽磨损表现为在切深处发生崩刃,并且主要为机械磨损。副切削刃上出现的沟槽主要是由化学磨损造成的,对工件表面光洁度产生不利影响。为了尽可能减小这种磨损,建议采用Al2O3和PVD刀具涂层。

  切屑锤击是机械磨损的一种形式,由切屑对切削区外侧刃口的撞击造成,主要发生于加工硬度较低、韧性较好的镍基合金时。切屑锤击可能出现在刀片的顶部和底部,通过改变进给率和切深量,使切屑改变流向,可能有助于减小磨损。建议优先选用PVD涂层刀片来加工镍基合金(尤其在粗加工时),因为PVD涂层刀片的刃口韧性更好。

  我公司的YBG105/YBG202系列PVD涂层牌号,在镍基合金加工中均能取得优异的表面质量。YBG105牌号,新型的TiALN基多元涂层,具有更高的耐磨性能和抗高温氧化性能,适合于各类高温合金,耐热合金等难加工材料的精、半精加工。

  采用具有正切削角、强化几何形状、合理的刀片槽型和刀具结构,可以最大限度地减小发生在主切削刃和副切削刃上的积屑瘤和沟槽磨损。在车削加工时应尽量避免使用典型的CNMG刀片来加工高温合金,因为这种刀片会形成95的主偏角,从而加剧刀片的沟槽磨损。

  我公司的-NF槽型切削刃锋利、-NM槽型切削刃强度高,-NF/-NM槽型表面光滑、导屑顺畅,刃口经过特殊处理具有耐磨性高的特点,在加工镍基高温合金时,能取得较好的表面质量和加工精度。

  铣削的基本要求是精度和表面质量。因此必须有锋利的刀具,刚性好的机床和夹具,镍基高温合金的铣削是断续切削,在加工时要求铣刀刀齿有足够的强度,使其能承受高温合金切削的变形抗力和切屑负载。在铣削高温合金时,向下的切削有助于提高刚性减少振动。铣削和车削中的切削问题相同,因此,标准铣刀要提供足够的容屑槽。

  我公司-APF槽型铣削刀片经过精密磨削,拥有全新的PVD涂层牌号YB9320,原子重排技术实现涂层硬度、韧性及热稳定性的完美匹配。优化结构,大幅提升加工表面质量,抗崩性能优异。适合耐热合金材料等的加工。

  SMP三面刃系列铣刀,在对钢、合金钢、不锈钢、耐热合金的材料加工中,切削轻快,加工表面质量优异,应用领域广泛。

  一般的普通铣刀切削参数很低,而且刀具寿命很低,频繁换刀,机床占用时间,使用高性能整体具,能获得较高的效率,平稳切屑,较少振动。我公司的UM/VSM系列整体硬质合金立铣刀在加工镍基高温合金时都能取得较好的效果。

  UM系列不等齿距,变刃倾角设计,大幅提高抗振性,切削更稳定,变槽深设计,兼顾刀具刚性和容屑空间,能实现更大进给,排屑更顺畅。

  VSM系列不等齿距变刃倾角立铣刀在不锈钢、耐热合金等难加工材料切削中能取得优异成效。

  高温合金的钻孔及铰削,十分困难,一般采用硬质合金钻头,如浅孔钻、整体或镶焊的硬质合金钻头。在高温合金的钻削加工中,除了采用正确的进给率以外,还应采用具有锋利切削刃和正前角刀具,以实现对镍基合金的剪切加工。

  几何槽型设计也有助于减少颤振。螺旋角也对其切屑摔制起着至关再要的作用。除了可采用45螺旋角以外,为了减小切削力,通过形成较小的切屑来改进切屑控制,还可以采用20的双重螺旋角(复合螺旋角)。

  我公司新一代的通用系列GD麻花钻,具有稳定持久的刀具寿命。优异的加工精度,良好的断屑性能。直线切削刃,强度高,优化的钻尖结构,切削性能更佳。双刃带设计,提高了加工稳定性,专业的涂层后处理技术,保证低阻高效加工。

  采用摆线铣削和摆线车削方式加工镍基合金相当有效,可以大大减少刀片与工件的接触,并防止刀具卷刃。

  摆线刀轨与摆动刀轨非常相似。刀片不是猛然插入工件,而是以经过优化的平滑刀轨进行切削,避免了对刀具造成突然冲击。尤其是当采用较小的切深量时,摆线切削可以提高进给速度,并有利于断屑。为了控制磨损,在一艘隋况下,建议采用45的主偏角(最大不超过60)。

  由于镍基合金耐高温,因此传入工件材料的切削热并不多,而且传入工件材料的热量也会在切屑形成时被带走。因此,使用冷却液是为了防止切削刃过热并导致刀具过早失效,同时也是为了帮助排屑。

  切削镍基合金时,最好采用能精确对准刀具/工件界面的高压冷却技术。通过将冷却液喷嘴调整到正确位置,可以形成高速平行层冷却液射流,从而有效地分断镍基合金的切屑。

  该技术采用优化的冷却液喷嘴,可产生高速平行层冷却液射流。采用高压冷却技术的好处包括延长刀具寿命、可提高切削速度,以及通过在刀具与切屑之间形成水楔,起到抬升切屑的作用,从而优化断屑控制。

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