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摘 要： 使用KC5510涂层刀具材料对高温合金GH706进行了钻削试验，主要对刀具的磨损机理进行分析。通过国产钻头和进口KC5510涂层刀具进行切削刀具磨损综合定性对比分析，得到切削过程中刀具磨损的分布规律，在钻削加工高温合金时，钻头的横刃应当尽可能减小，也可采用无横刃钻头，钻心处刃口尽可能锋利，钻芯厚度增大提高钻头刚度。
关键词： 高温合金；刀具磨损；涂层刀具；钻削
1.引言
随着我国航空产业的发展，航空材料的需求和重要零部件对加工技术的需求日益增多，特别是一些关键零部件材料的加工瓶颈问题日益凸显，这些因素制约着航空产业的迅速发展和航空战略地位的迅速提升，为此研究难加工材料切削性能对航工工业的发展具有重要的意义。
高温合金GH706合金具有优良的耐腐蚀和搞氧化性能，从低温到980摄氏度均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，可用于制造航空发动机关键零部件，具有良好的加工性。目前对其研究主要集中于组织行为、力学性能和热变形的研究，对其切削加工过程的研究较少，因此研究GH706在航空零部件加工过程中的切削问题具有一定的研究意义。
2.试验部分
试验在VMC1000C立式加工中心上进行，在切削过程中用YDZ-II02钻削测力仪，进行轴向钻削力及扭矩进行采集。
工件为块料，采用线切割方法进行规方处理并去除热处理氧化皮。钻头采用以色列HANITA整体硬质合金钻头及厦门金鹭整体硬质合金钻头。在本试验研究中使用美国奎克公司的通用切削冷却液。
为了适应航空系统内，刀具国产化的要求，试验过程采用具有代表性的进口刀具和国产刀具，并且进口刀具和国产刀具切削性能和性价比进行了比较。钻头采用以色列HANITA整体硬质合金钻头（M152）及厦门金鹭整体硬质合金钻头（NES4-R），直径均为Φ3、Φ6、Φ8、Φ10mm。在本试验研究中使用美国奎克公司的通用切削冷却液。
根據高温合金切削加工的实际使用的工艺参数范围，选择高温合金的钻削加工参数方案如表1所示。
均匀试验设计方案及刀具磨损试验结果如表2所示。试验进行过程中，每进行一次试验均采用一把新刀具，保证试验结果的正确性。试验进行过程中，如果由于个别刀具质量、刀具及工件的装夹等原因导致出现试验结果的较大偏差时，均要在此次试验进行2次重复试验，以验证试验结果的可靠性。其中钻头磨损量以钻尖处最大磨损量为准。
表1 GH706钻削切削用量方案
表2 GH706钻头刀具磨损试验规划及试验结果
3.结果与分析
如图1和图2所示的钻削加工高温合金时，钻头不同部位SEM图像的磨损情况，从图中不难发现，钻头切削刃都产生了崩刃现象，且有涂层剥落现象；而在横刃处也出现了崩刃现象。
（a） 进口钻头 （b）国产钻头
图1 钻削高温合金时钻头主、副切削刃磨损情况
国产和进口钻头EDS成份分析结果如图2至图3所示。涂层刀具涂层成份为TiAlN。
图2 国产钻头主、副切削刃磨损部位成分分析
图3 进口钻头主、副切削刃磨损部位成分分析
由图2可发现点1、2成份均包括O成分，说明钻削加工时产生了氧化作用，同时在1、3点包含Al等元素，各点均包含了较多的Cr、Ni、Mo、Fe等元素为扩散和粘结的高温，由上述分析以看出，粘结、氧化、扩散及涂层剥落是国产涂层刀具的主要磨损机理。进口钻头与国产钻头的磨损机理基本一致。
4.结论
在正常加工工艺参数和加工时间范围内，国产整体钻头与进口整体钻头在刀具耐用度方面有些区别；进口整体钻头性能略显全面，更加适合长时间加工需求；从性价比分析，国产整体钻头具有明显优势。
高温合金上钻孔扭矩、轴向力很大；切屑易粘结于钻头上，切屑不易折断，排屑困难；加工硬化严重，钻头易磨损，。在钻削加工高温合金时，钻头的横刃应当尽可能减小，也可采用无横刃钻头，钻心处刃口尽可能锋利，钻芯厚度增大提高钻头刚度。■
参考文献
[1] 萧胜磊. 镍基高温合金GH706高速铣削机理研究[D]. 哈尔滨理工大学， 2014.
[2] 计伟， 刘献礼， 范梦超等. PCBN刀具切削GH706磨损特征研究[J]. 摩擦学学报， 2015， 35（1）：37-44.
[3] 刘战强， 艾兴. 高速切削刀具磨损表面形态研究[J]. 摩擦学学报， 2002， 22（6）：468-471.
[4] Zhang X， Shivpuri R， Srivastava A K. Stress Triaxiality in Chip Segmentation During High Speed Machining of Titanium Alloy[C]// ASME 2014 International Manufacturing Science and Engineering Conference Collocated with the Jsme 2014 International Conference on Materials and Processing and the， North American Manufacturing Research Conference. 2014：V002T02A033.
[5] Yang Y H， Liu D， Peng J B， et al. Study on Hot Deformation Behavior of Cast-and-Homogenized Superalloy GH706[J]. Materials Science Forum， 2015， 816：648-654.
[6] 周文超， 杨吟飞， 李亮，等. GH706高温合金削力试验研究[J]. 工具技术， 2014， 48（8）.
关键词： 高温合金；刀具磨损；涂层刀具；钻削
1.引言
随着我国航空产业的发展，航空材料的需求和重要零部件对加工技术的需求日益增多，特别是一些关键零部件材料的加工瓶颈问题日益凸显，这些因素制约着航空产业的迅速发展和航空战略地位的迅速提升，为此研究难加工材料切削性能对航工工业的发展具有重要的意义。
高温合金GH706合金具有优良的耐腐蚀和搞氧化性能，从低温到980摄氏度均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，可用于制造航空发动机关键零部件，具有良好的加工性。目前对其研究主要集中于组织行为、力学性能和热变形的研究，对其切削加工过程的研究较少，因此研究GH706在航空零部件加工过程中的切削问题具有一定的研究意义。
2.试验部分
试验在VMC1000C立式加工中心上进行，在切削过程中用YDZ-II02钻削测力仪，进行轴向钻削力及扭矩进行采集。
工件为块料，采用线切割方法进行规方处理并去除热处理氧化皮。钻头采用以色列HANITA整体硬质合金钻头及厦门金鹭整体硬质合金钻头。在本试验研究中使用美国奎克公司的通用切削冷却液。
为了适应航空系统内，刀具国产化的要求，试验过程采用具有代表性的进口刀具和国产刀具，并且进口刀具和国产刀具切削性能和性价比进行了比较。钻头采用以色列HANITA整体硬质合金钻头（M152）及厦门金鹭整体硬质合金钻头（NES4-R），直径均为Φ3、Φ6、Φ8、Φ10mm。在本试验研究中使用美国奎克公司的通用切削冷却液。
根據高温合金切削加工的实际使用的工艺参数范围，选择高温合金的钻削加工参数方案如表1所示。
均匀试验设计方案及刀具磨损试验结果如表2所示。试验进行过程中，每进行一次试验均采用一把新刀具，保证试验结果的正确性。试验进行过程中，如果由于个别刀具质量、刀具及工件的装夹等原因导致出现试验结果的较大偏差时，均要在此次试验进行2次重复试验，以验证试验结果的可靠性。其中钻头磨损量以钻尖处最大磨损量为准。
表1 GH706钻削切削用量方案
表2 GH706钻头刀具磨损试验规划及试验结果
3.结果与分析
如图1和图2所示的钻削加工高温合金时，钻头不同部位SEM图像的磨损情况，从图中不难发现，钻头切削刃都产生了崩刃现象，且有涂层剥落现象；而在横刃处也出现了崩刃现象。
（a） 进口钻头 （b）国产钻头
图1 钻削高温合金时钻头主、副切削刃磨损情况
国产和进口钻头EDS成份分析结果如图2至图3所示。涂层刀具涂层成份为TiAlN。
图2 国产钻头主、副切削刃磨损部位成分分析
图3 进口钻头主、副切削刃磨损部位成分分析
由图2可发现点1、2成份均包括O成分，说明钻削加工时产生了氧化作用，同时在1、3点包含Al等元素，各点均包含了较多的Cr、Ni、Mo、Fe等元素为扩散和粘结的高温，由上述分析以看出，粘结、氧化、扩散及涂层剥落是国产涂层刀具的主要磨损机理。进口钻头与国产钻头的磨损机理基本一致。
4.结论
在正常加工工艺参数和加工时间范围内，国产整体钻头与进口整体钻头在刀具耐用度方面有些区别；进口整体钻头性能略显全面，更加适合长时间加工需求；从性价比分析，国产整体钻头具有明显优势。
高温合金上钻孔扭矩、轴向力很大；切屑易粘结于钻头上，切屑不易折断，排屑困难；加工硬化严重，钻头易磨损，。在钻削加工高温合金时，钻头的横刃应当尽可能减小，也可采用无横刃钻头，钻心处刃口尽可能锋利，钻芯厚度增大提高钻头刚度。■
参考文献
[1] 萧胜磊. 镍基高温合金GH706高速铣削机理研究[D]. 哈尔滨理工大学， 2014.
[2] 计伟， 刘献礼， 范梦超等. PCBN刀具切削GH706磨损特征研究[J]. 摩擦学学报， 2015， 35（1）：37-44.
[3] 刘战强， 艾兴. 高速切削刀具磨损表面形态研究[J]. 摩擦学学报， 2002， 22（6）：468-471.
[4] Zhang X， Shivpuri R， Srivastava A K. Stress Triaxiality in Chip Segmentation During High Speed Machining of Titanium Alloy[C]// ASME 2014 International Manufacturing Science and Engineering Conference Collocated with the Jsme 2014 International Conference on Materials and Processing and the， North American Manufacturing Research Conference. 2014：V002T02A033.
[5] Yang Y H， Liu D， Peng J B， et al. Study on Hot Deformation Behavior of Cast-and-Homogenized Superalloy GH706[J]. Materials Science Forum， 2015， 816：648-654.
[6] 周文超， 杨吟飞， 李亮，等. GH706高温合金削力试验研究[J]. 工具技术， 2014， 48（8）.