铸造高温合金材料的加工方法研究

吕 泉 王建新赵 喆

（1.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043；2.沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043）

1.研究背景及意义

据统计，到2008年切削加工占机械加工量的85%以上，因此提高切削加工的效率和质量，降低加工成本，是机械制造工业的重要课题。铸造高温合金材料特点：①高硬度；②高强度；③低导热性；④低塑性和高脆性；⑤有微观的硬质点或硬夹杂物。该材料的切削过程符合金属切削的一般原理和规律，同时也有自己的显著特点：（1）切削力大，切削温度高（2）加工硬化严重（3）化学亲合力强，容易产生粘刀现象（4）高硬质点的摩擦作用（5）切屑难于处理。如其中的K24材料，机械加工十分困难。对于该种材料的加工突破，对于更深层次的加工研究具有深远的意义。

高温合金材料推荐系数Km

2.以往加工方法

对于以往对铸造高温合金材料的常规加工方法，我们依靠工人经验积累，使用普通机床进行加工，对于刀具方面选用一些镶片的（YD类）硬质合金，得到一组较适合的切削参数。但这对于主要完成切削任务的刀具设计、选用、制造和管理要求越来越高，难度也越来越大，刀具费用在生产成本的比重也日趋上升，同时，在加工过程中切削参数的选择及优化对加工效率和质量的影响已是至关重要。

产生的原因分析（见下表）

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高温合金切削时的特点是材料的高温强度大，切削时塑性变形大，切削力大，导热性差，切削温度高，加工硬化严重，容易粘刀，刀具寿命低。

3.解决方案

通过以上问题的产生及原因分析制定了几种加工方案，由于其它方法效果并不是很鲜明，如：普通铣加工，通过改进刃具等，这里仅介绍以下两种成功的加工方案。

3.1 数控机床高速加工

数控机床工艺系统刚性好，液压夹紧工件要比普通机床牢固，刀具的选择和是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量现选用，目前市场上大多采用CVD镀膜的硬质合金刀片。为了达到更高的抗磨损性能，可转位刀片均采用多层镀膜。有些加工对刀片的要求十分严格，刀片既要有锋利的切削刃，以降低精加工表面的粗糙度，又要有极高的耐磨性，以保证工件的形状精度。我们通过试验对进口刀具和国产刀具进行了试验，得出以下因素水平表。

因素水平表

根据试验结论，转速 80m/min；进给量 1200mm/min；切削深度 0.1mm。考虑加工效率，刀具成本等因素，选择某工具厂的一款SS-ER4-PL型刀具，在此加工参数下进行加工，结果优化。

3.2 电加工方法研究

铸造高温合金材料的加工方法——电加工，其中包括电火花机床和线切割机床加工。其加工均是一种自激放电，其特点如下：火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，电火花加工因材料的不同而变化并不是很明显。

电加工应用于铸造高温合金材料的特点一、脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。二、脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。三、加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。四、可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

4.小结与展望

针对铸造高温合金材料经过现场实践、试验，对比，发现常规加工、数控高速加工及电加工几种方法的优点，刀具的切削参数、每齿切削量和轴向进给量等多种因素有关，追求最佳的切削参数，要对所有的因素统一考虑。通过本次研究，将机床、刀具等多种相关因素固化，得出了一组可指导现场零件实际加工的有效参数，目前已经在现场按试验得出的数据模拟使用。随着新材料、新工艺技术的不断发展，未来的机械加工在现有的研究基础上，将向高质、高效的方向发展，向集成化领域进军，考虑切削应将所有的因素考虑到一起，将集成加工时所有影响加工的因素考虑进来，使的切削参数高度集成化。不久的将来通过我们更加倍的努力，机械加工行业不断发展壮大，切削技术将赶超国际的领先技术。

[1]宋昌才.数控电火花加工培训教程 [M].北京：化学工业出版社,2008.