涂层硬质合金刀具切削铁基高温合金试验研究

作     者：冯振兴 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董海

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：铁基高温合金 涂层硬质合金 切削力 表面粗糙度 刀具磨损 

摘      要：铁基高温合金具有塑性大、韧性高、导热性差、加工硬化严重等特点,在切削过程中表现出切削温度高、塑性变形大、切削力大、刀具磨损严重等问题,所以其属于典型的难加工材料。本文采用具有硬度高、耐磨性好的涂层硬质合金刀具,从切削力、表面粗糙度、刀具磨损、切屑形态等方面进行了切削铁基高温合金GH2132的试验研究。 首先,通过切削力正交试验研究了切削用量和刀具工作前角对切削力的影响。试验结果表明：切削力受切削深度的影响最为明显,趋势成比例变化,进给量影响次之,切削速度影响最小。主切削力Fz大于进给力Fx和切深抗力Fy,进给力Fx最小。此外,通过对比试验发现工作前角对切削力影响很人,负工作前角加工时的主切削力和单位切削力均更人,建议切削加工铁基高温合金时采用正工作前角。 其次,通过正交试验研究了切削用量对表面粗糙度的影响,通过直观和方差分析法进行分析可知,对GH2132车削表面粗糙度的影响方面,进给量f影响最为显著,切削速度v次之,切削深度ap影响不显著。通过极差分析得到表面粗糙度较好的工艺条件为：切削深度为ap=0.1mm,进给量为f=0.1mm/r,切削速度为v=66m/min。此外,还通过回归分析得到了切削力和表面粗糙度的经验模型。 再次,对刀具磨损进行试验研究。铁基高温合金切削加工过程中,切削速度对刀具寿命影响很大,当切削速度增大时,涂层硬质合金刀具磨损加剧,寿命降低。涂层硬质合金刀具的前刀面磨损形态主要为月牙洼和沟槽磨损,部分区域涂层脱落。切削速度继续增大时,涂层硬质合金刀具和陶瓷刀具都出现破损,破损形态为崩刃和片状剥落。涂层硬质合金刀具磨损原因最主要为粘结磨损,同时还伴有机械磨损、氧化磨损和扩散磨损,建议在加工铁基高温合金时,涂层材料要选用化学稳定性更好的涂层。 第四,对切屑宏观和微观形态进行分析。研究发现卷屑槽对切屑导出影响显著,进而对改善加工表面质量和降低刀具磨损有重要作用。陶瓷刀具在切削过程中,切屑颜色呈现多种变化,表明陶瓷刀具加工中出现很高切削温度。此外,涂层硬质合金刀具切削时,切削速度对切屑的微观形态有很大影响,切削速度增大到一定时切屑呈现锯齿状,形成的主要原因是绝热剪切作用。 最后,通过对比试验发现,涂层硬质合金刀具主切削力、切削合力和单位切削力都要明显小于陶瓷FD22型号刀片,表现出更好的切削性能。同时,陶瓷刀具主要以破损为主,出现了崩刃和大面积剥落,致使刀具很快失效,而涂层硬质合金刀具的刀具寿命更长,抗机械冲击性能明显更好,因此本次试验中涂层硬质合金刀具比该型号陶瓷刀片更适合加工铁基高温合金。