難加工材料的高效切削詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有97頁\編輯于星期三優(yōu)選難加工材料的高效切削現(xiàn)在是2頁\一共有97頁\編輯于星期三航空業(yè)：

噴氣發(fā)動機：重量、高溫強度（在高溫下抵抗變形的能力，使用的平均溫度以每年華氏16度的速率增加）

高溫合金

現(xiàn)在是3頁\一共有97頁\編輯于星期三高溫合金材料

?變形高溫合金

?鑄造高溫合金

?粉末冶金高溫合金

?彌散強化高溫合金

?金屬間化合物高溫合金

?低膨脹、高彈性與恒彈性高溫合金

現(xiàn)在是4頁\一共有97頁\編輯于星期三變形高溫合金

可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253~1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗腐蝕性能的一類合金。

成分：以鐵和鎳為基體，合金化程度較高的一類高溫合金

性能：高溫強度、抗氧化性和抗腐蝕性能優(yōu)良，綜合性能（疲勞性能、塑性，組織穩(wěn)定性等）良好。

應用：高性能渦輪盤及渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)件、航空航天發(fā)動機的熱端部件及工業(yè)燃氣輪機、能源、化工等部門所需耐蝕材料。

現(xiàn)在是5頁\一共有97頁\編輯于星期三表一變形高溫合金合金牌號使用溫度及強度用途GH4706650℃渦輪發(fā)動機、燃氣輪機、核工業(yè)Fe-Ni基高溫合金GH4698800℃承力零件、Waspaloy合金相當GH4742800℃550-800℃溫度范圍和高應力下工作的渦輪盤、軸承力環(huán)，緊固件等GH4738870℃各種發(fā)動機中GH4169-253~760℃航空、航天、核能、石化工業(yè)廣泛的零件1241~1517mpaGH4141-196~850℃燃汽渦輪部件1078~1470mpaGH4586-196~850℃燃汽渦輪部件1250~1500mpaGH4030

火焰筒、燃氣導管、加力筒體、穩(wěn)定器、高溫氧化氣氛下的結(jié)構(gòu)件GH4039

火焰筒、加力燃燒器等GH4099

加力筒體、錐體、支板、擴散機匣等高溫承力結(jié)構(gòu)件GH6188

導向葉片、渦流板、法蘭盤GH6605

環(huán)形燃燒室、緊固件、封嚴片GH2150

燃燒室外套、壓氣機葉片等高溫氧化氣氛下的結(jié)構(gòu)件GH4648

火焰筒、燃燒室封嚴環(huán)等高溫抗腐蝕承力件現(xiàn)在是6頁\一共有97頁\編輯于星期三鑄造高溫合金:

用母合金錠重熔后直接鑄造成形零件的一類高溫合金(如K3）

成分：

鐵基、鎳基、鈦基和以鉻為主要元素的鑄造高溫合金，具有更高的合金化元素含量

性能：在高溫及氧化腐蝕環(huán)境中性能優(yōu)異使用溫度700-1300℃

應用：增壓器渦輪、精鑄葉片等現(xiàn)在是7頁\一共有97頁\編輯于星期三粉末冶金高溫合金

高溫合金粉末經(jīng)等靜壓成形或熱等靜壓后再經(jīng)鍛造成形生產(chǎn)工藝制造出粉末高溫合金產(chǎn)品

性能：

粉末顆粒細小、冷卻速度快、從而成分均勻、無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。

應用：

航空發(fā)動機盤件，環(huán)形件等高溫轉(zhuǎn)動部件，高推重比發(fā)動機渦輪盤壓氣機盤和渦輪檔板如：FGH95、FGH96、FGH97

現(xiàn)在是8頁\一共有97頁\編輯于星期三彌散強化高溫合金

利用機械合金化方法，將具備極高熱穩(wěn)定性的，納米級（30nm）氧化物粒子，均勻彌散（間距~100nm）于Ni，F(xiàn)e，Cu及A1基等合金基體中，作為高溫強化相，克服了傳統(tǒng)高溫合金強化相在高溫（1000℃以上）的粗化或溶解造成的強化作用消失。

性能：納米粒子的強化作用甚至可以保持到接近合金的熔點是1000-1400℃超高溫使用的最佳材料如：MGH2956、MGH4754

應用：航空發(fā)動機導向葉片、燃燒室內(nèi)襯和尾噴管

現(xiàn)在是9頁\一共有97頁\編輯于星期三金屬間化合物高溫合金

Ti-Al-Mo-Cr-V鈦合金

TC4即Ti-641-4V鈦合金

現(xiàn)在是10頁\一共有97頁\編輯于星期三鈦合金種類α型TATi-5Al-2.5SnTA7β型TBTi-5Mo-5V-8Cr-3AlTB2α+β型TCTi-6Al-4VTC4鑄造鈦合金ZT加工性能：鈦合金材料化學活性大，導熱系數(shù)小，彈性模量小，剛性差，加工易變形，切削溫度高，單位面積切削力大，冷硬現(xiàn)象嚴重。降低了刀具耐用度；600℃以上溫度時，表面形成氧化硬層，對刀具有強烈的磨損作用；塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑與前刀面接觸長度很小，前刀面上應力很大，刀刃易發(fā)生破損；彈性模量低，彈性變形大，接近后刀面處工件表面回彈量大，所以已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴重?，F(xiàn)在是11頁\一共有97頁\編輯于星期三航空高溫合金的分類與例鈷基鐵基鎳鐵基高溫合金鎳基Inconel718Inconel706HastelloyxInconel600WaspoloyReneN4MAR-M-247MAR-M509X40Haynes188Fsx-414A-286DiscaloyHaynes556現(xiàn)在是12頁\一共有97頁\編輯于星期三航空常用材料高溫合金（如：Inconel718)不銹鋼（如：15-5PH)鋁合金（如：Al7075)鈦合金（如：Ti6Al4v)現(xiàn)在是13頁\一共有97頁\編輯于星期三密度0高溫合金鋼鈦合金鋁合金24681087784527g/mm3現(xiàn)在是14頁\一共有97頁\編輯于星期三彈性模量0高溫合金鋼鈦合金鋁合金501001502002502002104527Gpa現(xiàn)在是15頁\一共有97頁\編輯于星期三

硬度（HRC）15-5PHInco718Ti6-47075現(xiàn)在是16頁\一共有97頁\編輯于星期三強度01400Inco71815-5PHTi6-47075MPa現(xiàn)在是17頁\一共有97頁\編輯于星期三強度重量比Inco71815-5PHTi6-47075psi現(xiàn)在是18頁\一共有97頁\編輯于星期三高溫性能deg.cInco71815-5PHTi6-47075Ni-base鎳基合金：氧化增強（MA754）最佳的γ相（CMSX4…）現(xiàn)在是19頁\一共有97頁\編輯于星期三高溫合金材料難加工的主要原因：

?材料中含有高熔點合金元素，如鈦、鎳、鈷、鎢、釩等它們相互結(jié)合，或與氧、硼、碳等元素相結(jié)合，形成高硬度的化合物（顆粒）加劇刀具磨損

?材料本身的強度（特別是高溫強度）和硬度高、韌性大、加工時表面塑性變形產(chǎn)生嚴重的加工硬化，使切屑強韌，因此切削力大，切削溫度高

?有些難加工材料（如鈦合金）化學活性大，與刀具材料的化學親和力強，使刀具容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損和擴散磨損，而加快刀具磨損

?刀具與工件間摩擦強烈而導熱性差

現(xiàn)在是20頁\一共有97頁\編輯于星期三高溫合金加工性

—極低的熱傳導性—導熱到切削工具—高的熱容量—外力切削導致高溫合金產(chǎn)生熱量—切削溫度高50%—可切削加工性5-20%—切削力大2-3倍—加工硬化嚴重，比基體高50-100%

現(xiàn)在是21頁\一共有97頁\編輯于星期三刀具的破損

?刀尖塑性變形

?邊界磨損

?月牙洼磨損

?積屑瘤

?擴散磨損現(xiàn)在是22頁\一共有97頁\編輯于星期三提高難加工材料加工效率的途徑

?刀具材料

?刀具幾何參數(shù)

?切削用量

?加工方式

?工藝系統(tǒng)的剛性現(xiàn)在是23頁\一共有97頁\編輯于星期三合理的刀具材料提高加工效率

現(xiàn)在是24頁\一共有97頁\編輯于星期三鈷高速鋼

·切削溫度645~650℃·硬度（至HRC67~70）·Co①熱穩(wěn)定性②高溫硬度③摩擦系數(shù)

·高溫合金、鈦合金、奧氏體耐熱鋼及其他難加工合金

現(xiàn)在是25頁\一共有97頁\編輯于星期三含鈷超硬高速鋼

·W2Mo9Cr4Co8(M42)HRC69~70·鐵基高溫合金，鑄造高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料

現(xiàn)在是26頁\一共有97頁\編輯于星期三

鈷高速鋼刀具的加工效果

現(xiàn)在是27頁\一共有97頁\編輯于星期三粉末冶金高速鋼

加工實例1.立銑刀銑槽，鎳基合金，D110mm環(huán)W6Mo4Cr4V5Co5V=7m/minn=140r/minf=0.025mm/zVf=14mm/minVB=0.13mm時12個槽ASP30粉末V=10.1m/minn=200r/minf=0.068mm/zVf=50.4mm/minVB=0.13mm時36個槽2.HB321鈦合金Ti6Al4VW2Mo9Cr4VCo8V=53.3m/min切削長度0.61mASP60/ASP30V=53.3m/min切削長度4.87m和2.74m現(xiàn)在是28頁\一共有97頁\編輯于星期三?硬質(zhì)合金

細顆粒硬質(zhì)合金和PVD涂層

CVD復合涂層、MTCVD涂層、涂層陶瓷

?陶瓷如Si3N4

?立方氮化硼CBN?金剛石（單晶）刃口鋒利、熱傳導率高，刀尖滯留的熱量較少現(xiàn)在是29頁\一共有97頁\編輯于星期三超細晶粒硬質(zhì)合金

碳化物晶粒的平均尺寸在0.5μm以下的WC-Co硬質(zhì)合金硬度HRA90~93強度Co9~15%抗彎強度為2000~3500MpaYS2(K30)—鐵基、鎳基高溫合金，鈦合金和耐熱不銹鋼（低速）YD15例：車鈦合金TC4盤端面（φ260mm）Vc=51r/minap=2mmf=0.2mm/r切削液T=40min(YS2比YG8高1~2倍)現(xiàn)在是30頁\一共有97頁\編輯于星期三TiAlNPVD涂層的優(yōu)勢硬度高、氧化溫度高、紅硬性好、附著力強、摩擦力小、導熱率低涂層表層生成高強度的非結(jié)晶氧化鋁薄膜（Al2O3)現(xiàn)在是31頁\一共有97頁\編輯于星期三TiAlN和TiN涂層主要性能比較TiAlNTiN維氏硬度HV(kgf/m2)27201930氧化溫度840oc(950oc)620oc

粘附力80.360.3結(jié)構(gòu)特征細柱狀面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)摩擦系數(shù)0.300.41TiAIN涂層比TiN可提高生產(chǎn)效率40%適合較高的速度，較低的切速會導致積屑瘤，隨后微崩和溝槽磨損現(xiàn)在是32頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是33頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是34頁\一共有97頁\編輯于星期三陶瓷刀具材料

氧化鋁基陶瓷，碳化硅陶瓷（99.9％）·高硬度和耐磨性（HRA91~95）·高溫性能（Al2O3熔點2050℃）加工淬硬鋼、合金鋼、錳鋼、鑄鐵、鑄鋼、鎳或鎳鉻合金鎳基或鈷基耐熱合金加工因康鎳718（GH169）：V=200m/minf=0.2mm/r(硬度合金：V=30m/minf=0.3mm/r)

現(xiàn)在是35頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是36頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是37頁\一共有97頁\編輯于星期三立方氮化硼CNB很高的硬度和耐磨性，很高的熱穩(wěn)定性（1400oC-1500oC，比金剛石高一倍，800oC時是陶瓷和硬質(zhì)合金常溫性能）優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，抗氧化能力（1000oC時不會產(chǎn)生氧化反應，會產(chǎn)生一層氧化硼B(yǎng)2O3薄膜，防止進一步氧化），良好的導熱性，較低的摩擦系數(shù)（0.1-0.3）CBN的含量高硬度越高，適合加工耐熱鋼、高硬鋼，含量低的適合加工一般硬鋼及有沖擊的切削。CBN晶粒尺寸小，耐磨性好（21μ減至13μ時，刀具壽命提高28%）CBN刀具一般采用負前角（-6o—-18o），加工鎳基合金應采用正前角（0-8o），后角可大些（6o-25o）現(xiàn)在是38頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是39頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是40頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是41頁\一共有97頁\編輯于星期三金剛石極高的硬度和耐磨性，很低的摩擦系數(shù)，刃口非常鋒利，很高的導熱性等金剛石（碳）在鈦中的溶解度比在鐵中小得多，故其擴散磨損很小硬質(zhì)合金（K類）加工Ti6Al4v，V=20-50m/min天然金剛石V=100-120m/min，T=30min刀具幾乎沒有磨損。用濕式切削V=200m/min刀具幾乎沒有磨損。硬質(zhì)合金（K類），精切，V=60m/min時，工件10μ深的表層產(chǎn)生拉應力，在低一些的切速下產(chǎn)生壓應力。金剛石V=120m/min更高時工件表層產(chǎn)生壓應力?，F(xiàn)在是42頁\一共有97頁\編輯于星期三合理的幾何參數(shù)提高加工效率現(xiàn)在是43頁\一共有97頁\編輯于星期三刀具幾何參數(shù)鋒利—強度減小切削熱、粘結(jié)、摩擦大前角γ?（11o—20o）——切屑變形、切削力、切削熱、加工硬化等，但強度減弱大后角α?（6o—10o）——摩擦、鋒利、切削力、切削熱、散熱性等主偏角κr（45o—90o）—散熱、切削力,切屑厚度和寬度等刃傾角λ?（0o—20o）—切屑流向、刀尖強度等刀尖rε小些好,但刀尖強度要考慮現(xiàn)在是44頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是45頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是46頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是47頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是48頁\一共有97頁\編輯于星期三陶瓷刀具鑄造高溫合金γ?=0o-3o，α?=10o-15o，變形高溫合金γ?=0o-10o,α?=10o-15o

立方氮化硼和金剛石刀具變形高溫合金γ?=0-8o，α?=8o-20o現(xiàn)在是49頁\一共有97頁\編輯于星期三刀片優(yōu)化建議—涂層—CVD首選粗加工—PVD半精加工、精加工—PVD精加工——刀片形狀—正前角刀片降低切削力，切削熱—粗加工——細小刀片產(chǎn)生的小屑不利于散熱——倒棱刀片

現(xiàn)在是50頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是51頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是52頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是53頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是54頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是55頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是56頁\一共有97頁\編輯于星期三合理的切削用量提高加工效率現(xiàn)在是57頁\一共有97頁\編輯于星期三

金屬切除率(cm3/min)Q=Vc·ap·fn(車削）Q=ap·ae·VcVf/1000(銑削）Q=Vcfn·π·D2/4000(鉆削）現(xiàn)在是58頁\一共有97頁\編輯于星期三速度不宜過高由于高溫合金的強度高、粘性大,切削中更容易在切削區(qū)產(chǎn)生和積聚熱量，加之導熱性差，在大切除量的切削時，如果切削速度過高，有引起刀具和工件燒傷的危險。這就是切削高溫合金零件，一定不能選擇高切削速度的原因。從目前市面上的刀具來看，鈦合金的切削速度根據(jù)切削情況一般在30m/min~80m/min之間，鎳基合金也在250m/min之內(nèi)，很難實現(xiàn)再高速加工。現(xiàn)在是59頁\一共有97頁\編輯于星期三切削速度—切削速度—高的切削速度可以避開如SS.這樣材料的積屑瘤區(qū)—增加切削速度可使溫度上升—通過逐步減少切削速度達到低溫或采用冷卻支持磨損切削邊溫度切削速度現(xiàn)在是60頁\一共有97頁\編輯于星期三切削速度Vc高速鋼刀具：鑄造高溫合金Vc=3-8m/min，變形高溫合金Vc=5-12m/min硬質(zhì)合金刀具：鑄造高溫合金Vc=8-15m/min變形高溫合金Vc=30-70m/min氮化硅陶瓷刀具：Vc=100-200m/min立方氮化硼刀具：Vc=60-200m/min

金剛石刀具：（鈦合金）Vc=100-200m/min現(xiàn)在是61頁\一共有97頁\編輯于星期三嘗試較大的切深

可以通過加大切深的辦法來提高加工效率，而不是一味追求高的切削速度?，F(xiàn)在是62頁\一共有97頁\編輯于星期三每齒進給量宜適中高溫合金切削溫度高，同時存在加工硬化的問題。每齒進給量過大，則切削力過大而導致崩刃或是切削溫度過高而燒刀；而每齒進給量過小，則因刀刃始終在加工硬化層中工作而磨損過快。每齒進給量0.1mm-0.5mm是比較適中的的進給參數(shù)（精車和銑加工,工藝系統(tǒng)剛性不好時取小值，粗車加工,工藝系統(tǒng)剛性好時可取大值）現(xiàn)在是63頁\一共有97頁\編輯于星期三加工Inconel718(GH169)例硬質(zhì)合金刀具Vc=25m/min,ap=3.4mm,fn=0.23mm/r氮化硅陶瓷刀具Vc=172m/min,ap=10mm,fn=0.18mm/r

21倍銑削硬質(zhì)合金刀具Vc=38m/min,ap=4mm,fn=0.3mm/r氮化硅陶瓷刀具Vc=248m/min,ap=4-5mm,fn=0.3mm/r現(xiàn)在是64頁\一共有97頁\編輯于星期三更多的切削刃Vf=Z?n?fz在線速度和每齒進給量均很難增加的情況下，使用更多切削刃的刀具，以提高加工效率。不過一定要考慮主軸功率、機床剛性、刀具剛性以及刀具排屑問題。現(xiàn)在是65頁\一共有97頁\編輯于星期三注意要素—不要采用過低的進給量（切屑厚度）——大前角，小的倒棱或圓角（刀刃強度）——進給量必須大于倒棱寬度——不要采用不必要的精加工——不要使用非常小的刀片，因為硬質(zhì)合金熱傳導性很好，大尺寸可以更好的散熱?，F(xiàn)在是66頁\一共有97頁\編輯于星期三進給速度范圍—進給速度Inconel___加大進給得到好的刀具壽命現(xiàn)在是67頁\一共有97頁\編輯于星期三進給速度范圍—進給速度Titanium—降低進給量可提高刀具壽命進給量大于倒棱寬度

現(xiàn)在是68頁\一共有97頁\編輯于星期三精加工優(yōu)化建議—精加工—加工余量，每齒進給量都不能太低.—提高速度保證加工區(qū)域低溫度—大刀盤小余量加工作業(yè)，可提高生產(chǎn)率而不影響到刀具壽命

現(xiàn)在是69頁\一共有97頁\編輯于星期三小結(jié)切削速度——精加工增加切速增加散熱恒定的不太小的進給——預防加工硬化大流量的冷卻液——熱穩(wěn)定性改變主偏角（選擇基體強大的圓刀片，也能有效地減少邊解磨損）現(xiàn)在是70頁\一共有97頁\編輯于星期三小結(jié)——絕大數(shù)加工情況下采用冷卻液——最小的水含量，油量非常重要30%——中心冷卻取代外冷，空氣冷卻——鈦合金加工必須采用切削液，否則可能會燃燒，鈦元素氧化——用鋒刃加工——厚刀片有利于散熱

現(xiàn)在是71頁\一共有97頁\編輯于星期三加工方案對加工效率的影響

現(xiàn)在是72頁\一共有97頁\編輯于星期三HubTransmission-FormerMachiningProcess1234213Operation1Operation24ToolsTotalmachiningtime:62sec.3ToolsTotalmachiningtime:46sec.現(xiàn)在是73頁\一共有97頁\編輯于星期三SolutionOperation1:Tool1:

HFHL25-65-6T20Insert:

GRIP6005YIC908Tool2:

GHIL25-25-6Insert:

GIPI5.00E-0.50IC908Totalcuttingtime=47secOperation2:Tool:

HFHL-65-6T20Insert:

HFPL6005YIC908Totaltime=32sec121Operation1Operation2現(xiàn)在是74頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是75頁\一共有97頁\編輯于星期三現(xiàn)在是76頁\一共有97頁\編輯于星期三切削方式對加工效率的影響

車削-連續(xù)

銑削-斷續(xù)

車銑削

插銑

現(xiàn)在是77頁\一共有97頁\編輯于星期三車-銑組合加工方式刀具圓錐楔形,車削時,工件旋轉(zhuǎn),刀具也繞其軸線旋轉(zhuǎn)并沿工件軸線走刀.旋轉(zhuǎn)刀具切削改善了刀具散熱條件現(xiàn)在是78頁\一共有97頁\編輯于星期三EnlargementofGOLDJETToolingSystem-

ThenewBOREJET

?process現(xiàn)在是79頁\一共有97頁\編輯于星期三7CuttingArea(mm2)BOREJET

?StrategyCuttingArea(mm2)ConventionalRoughing現(xiàn)在是80頁\一共有97頁\編輯于星期三插銑在3軸或4軸專用銑床上插銑加工渦輪葉片：從渦輪葉片頂部向下一直插銑刀其根部，通過X-Y平面的簡單平移即可加工出復雜的表面形狀?，F(xiàn)在是81頁\一共有97頁\編輯于星期三孔的精加工孔的精鏜加工：連續(xù)切削方式—等高線間斷切削方式螺紋孔加工：螺旋插補切削方式現(xiàn)在是82頁\一共有97頁\編輯于星期三盡量采用順銑

對順銑而言，刀齒一開始切入就碰到硬皮而容易導致刀具破損。但由于逆銑切屑是由薄到厚，在最初切入時刀具易與工件發(fā)生干摩擦，加重了刀具的粘屑和崩刃，就高溫合金而言，后一矛盾顯得更為突出現(xiàn)在是83頁\一共有97頁\編輯于星期三注意要素—切削排屑情況—切屑從刀尖90°方向出屑——從被加工材料上方切入