PDF《用于加工 Inconel718 的切削刀具发展现状》

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5 倍[5] .通常加工中刀具与工件的摩擦

3 2010 年第

44 卷№5热能减小低熔点金属 (如铜和铝) 所需切削力 ,但切 削温度即使达到

760 ℃ 以上也不足以熔融镍基合金 等高温合金 ,需要更大的切削力[6] . (2) 加工硬化.切削一般金属时 ,加工硬化会因 温度升高引起的软化现象被削弱.但Inconel718 的 软化温度高 ,软化速度慢 ,在刀具热硬性允许的切削 温度范围内 ,其变形硬化程度远大于软化程度.此外,在较高的切削温度下 ,合金中的强化相常从固溶 体中分解出来 ,呈极细弥散相均匀分布 ,导致材料表 面强度和硬度进一步提高.切削加工后 ,合金的硬 化程度可达

200 % -

500 %[7] . (3) 金属亲和力.Inconel718 对多种金属表现出 高亲和力 ,尤其是硬质合金刀具加工 Inconel718 时,刀具、 切屑与工件之间易粘附 ,扩散磨损严重.若刀 具表面粘附镍基合金 ,拔刀时刀具前刀面易剥落 ,严 重时甚至产生缺口[8] . (4) 热导率.Inconel718 的强度高 ,刀具、 切屑和 工件之间摩擦严重 ,产生大量切削热.镍基合金的 低热导率导致切削热从切削区间向外传递速度慢 , 大部分的切削热集中在切削区 ,使切削区平均温度 很高 ,可达

1200 ℃ [9 ,10] .高温一方面会加剧刀具的 扩散磨损和氧化磨损 ;

另一方面 ,当切削深度较大 时 ,温度梯度产生的内应力会导致工件切口变形 ,卡 住刀具[11] . (5) 切屑形状.在Inconel718 的加工过程中 ,随 着切削速度的提高 ,剪切变形区越来越窄 ,形成集中 的剪切滑移 ,切屑类型会由连续带状切屑转化成单 元体相互分离的节状切屑.高速切削时 ,这种切屑 形状的周期性变化会造成切削力的高频变化.切削 力的不稳定最终会影响到工件的表面质量和刀具寿 命[2] . 基于以上原因 ,镍基高温合金被世界各国公认 为是最难进行切削加工的材料之一 ,而随着能源动 力、 航空航天的发展 ,镍基高温合金的高速切削加工 又日益重要 ,因此很多发达国家都开展针对镍基高 温合金的快速切削研究[12 - 15] .尤其是随着新型刀 具的出现 ,采用新型刀具对 Inconel718 合金以及其 它镍基高温合金的切削加工研究报道不断.近些年 多种新型刀具被采用和研究 ,如复合涂层和纳米涂 层的硬质合金刀具[16 - 19] 、 晶须增韧陶瓷刀具[20 - 24] 以及立方氮化硼刀具[25 - 27] 等 ,种类繁多.然而 ,由 于切削参数不同 ,面对如此之多的报道 ,会让镍基合 金切削加工使用单位无所适从 ,因此 ,有必要对镍基 合金的切削加工进行研究 ,尤其是对镍基合金切削 加工中所用刀具效果的研究进行总结和对比分析 , 为加工镍基合金选择刀具提供参考.本文对涂层改 性刀具在内的硬质合金刀具、 陶瓷刀具等 Inconel718 镍基合金常用切削刀具的切削加工适用性进行了介 绍 ,并对比研究了同种材质不同类别刀具以及不同 材质刀具对镍基合金的切削性能.通过不同刀具切 削研究试验结果的对比分析 ,得出不同刀具的适用 条件 ,以期为不同的切削环境中 Inconel718 切削刀 具的选择提供依据.

2 加工 Inconel718 的常用切削刀具 切削镍基合金的刀具需满足四个基本条件 :高 耐磨性、 较高的高温硬度和韧性、 良好的抗热震性、 足够的化学稳定性[8] .常用的 Inconel718 切削刀具 有下面几种. 2.

1 高速钢刀具 高速钢是早期用于加工镍基合金的刀具材料 , 由于加工效率低和高温硬度差 (Hv <