Inconel718高速铣削工艺参数优化

摘要

镍基合金在高温合金领域中占有极重要的地位。作为高温合金中应用最广的一种,Inconel718拥有抗腐蚀、高强度、较好的焊接性能、较高的高温蠕变断裂强度,广泛用于涡轮机、火箭引擎、航天飞机、核反应堆及泵类等。然而,基于其独特的性能,Inconel718也被公认为难加工材料。其较小的热传导性和比热容致使切削区域温度较高。优良机械性能再加上严重的加工硬化倾向会致使切削力很大。Inconel718中所含的硬质点颗粒恶化了刀具的摩擦磨损,导致刀具在加工过程中的快速失效。因而,在加工这种材料时刀具经常发生严重破坏,进而破坏表面精度和光洁度,增加生产投入,降低加工效率。
　　 铣削工艺可以加工复杂表面并获得较高的生产效率,被广泛应用到Inconel718材料的零部件加工过程中。随着涂层技术的快速发展,硬质合金刀具以更好的韧性、耐磨性、导热性及其在精、粗加工中可以获得较高的表面质量等优势,得到了广泛应用。
　　 高速切削技术的普及和应用的推进,涂层硬质合金刀具高速端铣Inconel718已然成为研究的热点。本文以Inconel718材料为实验对象,研究PVD涂层硬质合金刀具进行高速铣削加工过程中的切削力、表面粗糙度、刀具的磨损形态和磨损机理,利用实验数据,分析铣削用量(铣削速度vc,进给速度fz,径向切削深度αe,轴向切削深度αp)对不同指标(切削力,表面粗糙度和刀具磨损)的影响效应,建立切削力和表面粗糙度的经验模型并验证,最终获取最佳工艺参数组合;对比研究了不同切削介质(空气和低温油气)对刀具寿命的影响。通过以上研究,为在实际生产中铣削Inconel718材料的工艺设计提供借鉴。
　　 通过分析所开展的正交实验、单因素实验以及相同金属去除率实验所得结果,可以得出:铣削用量对加工过程中的切削力影响与所用参数组合的金属去除率有关,较大的材料去除效率下切削力也较大;正交实验和信噪比分析后可知,采取较高的铣削速度,配合低进给、较低的轴向切削深度以及径向切削深度时,可以获得较好的表面粗糙度;扫描电子显微镜SEM和能量分散光谱EDS扫描对磨损刀具的分析表明,刀具磨损机理主要有磨粒磨损、粘结磨损、氧化扩散磨损以及涂层磨损等,同时也会出现崩刃。这几种磨损不是单独作用,而是相互作用,相互影响,最后导致刀具失效。干切削和低温油气两种不同切削介质对刀具使用寿命影响的对比实验证明,低温油气条件下由于冷风和切削油雾的冷却润滑作用,刀具的使用寿命会有显著提高。