高温合金高速铣削表面形貌及组织研究

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1、航空学报Ｊｕｎｅ２５２０１１Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．６１１５６－１１６３ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１０００－６８９３（２０１１）０６－１１５６－０８高温合金高速铣削表面形貌及组织研究杜随更１，＊，汪志斌１，吕超２，巨江涛１，张静１１．西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安７１００７２２．中国飞行试验研究院，陕西西安７１００８９摘

2、要：为研究高温合金ＧＨ４１６９高速铣削表面完整性，在测量铣削过程中切削力随时间及切削参数变化规律的基础上，分析了高温合金加工表面形貌及微观组织的演化规律。结果表明：在本试验参数范围内，切削力随着切削速度的增加先升高后降低；铣削表面粗糙度随着切削速度增加而下降，随每齿进给量的增加而增加；变质层主要出现在主切削刃形成的切削表面上，在副切削刃形成的切削表面上几乎观察不到变质层；变质层厚度随瞬时接触角变化，当瞬时接触角为１２０°时变质层厚度最大；变质层厚度随切削速度升高呈山峰状变化，端铣及侧铣变质层厚度最大时，对应的切削速度分别

3、为７５．４ｍ／ｍｉｎ及１５０．７ｍ／ｍｉｎ左右。分析认为垂直切削力是引起变质层厚度变化的主要力学因素，切削过程的热力耦合作用是影响变质层的根本原因。关键词：高温合金；高速铣削；表层组织；表面完整性；表面形貌中图分类号：Ｖ２６１．２＋３；ＴＧ５４文献标识码：Ａ［８］高速铣削加工已经成为当今世界先进制造技速车削Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８表面完整性参量的检测，［１］术之一。近２０年来，它以高效率、高精度以及指出高切削速度、低进给速度能在材料表面产加工工件表面高质量等优异特点，在国内外得到生残余压应力等。Ｔｈａｋｕｒ等利用Ｋ２０刀具车

4、［２－４］了迅速的发展和广泛的应用。削Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８合金，对切削力、刀具磨损等进行［９］［１０］高温合金是航空航天工业中热端部件的关了研究。在微观组织方面，Ｂａｒｒｙ等采用透键材料，有着广泛的应用背景，如用于制造航空射电镜（ＴＥＭ）研究了车削高强度钢表面白层的［５］［１１］发动机中最重要部件———涡轮盘和涡轮叶片。结构，分析了白层形成原因。随后，Ｈａｎ等研但同时高温合金也属于难加工材料，强度大、硬究了白层的成分和厚度，揭示白层形成的规律。［１２］度高，切削过程中易粘刀，切削力大，切削温度Ｋｅｖｉｎ等则从理论及试验两

5、方面分别分析了［６］高等。Ｐａｗａｄｅ等研究了Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８高速车削白层形成的主要影响因素，其结论表明，白层的［７］切削力及表面特性，指出车削过程中切削力形成主要与快速加热及冷却、变形量、原始晶粒分量大小不同，刀具的几何尺寸影响着切削力尺寸等有关。及材料表面特性；在此基础上进一步完成了高文献［２］已对钛合金高速切削表面的微观组收稿日期：２０１０－０８－３０；退修日期：２０１０－１０－０８；录用日期：２０１０－１２－１５；网络出版时间：２０１０－１２－２８１３∶３４∶１２网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍ

6、ｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９２９．Ｖ．２０１０１２２８．１３３４．００１．ｈｔｍｌＤＯＩ：ＣＮＫＩ：１１－１９２９／Ｖ．２０１０１２２８．１３３４．００１基金项目：国家“９７３”计划（６１３８５０２）＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０２９－８８４９５２６４Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｗｃｅｎｔｅｒ＠ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ引用格式：杜随更，汪志斌，吕超，等．高温合金高速铣削表面形貌及组织研究［Ｊ］．航空学报，２０１１，３２（６）：１１５６１１６３．Ｄｕ－Ｓｕｉｇｅｎｇ，ＷａｎｇＺｈｉｂｉｎ，ＬｕＣｈａｏ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｉｇｈｓ－ｐｅ

7、ｅｄｍｉｌｌｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｕｐｅｒａｌｌｙ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉ－ｃａＳｉｎｉｃａ，２０１１，３２（６）：１１５６１１６３．－杜随更等：高温合金高速铣削表面形貌及组织研究１１５７织进行了分析，而高温合金和钛合金属于不同的晶体结构，热物理性能和机械性能不同，在高温、高应变速率下的变形行为不同，因此高温合金高速铣削表面及表层微观组织的形态与变化规律必然不同于钛合金高速切削表面。本文采用高温合金相关的加工参数进行试验，着重对高温合金高速铣削过程中的

8、切削力、加工表面表层组织进行分析，以期为优化高温合金整体叶盘高速铣削工图１端铣观察组织位置及切削力分解示意图艺参数、进行表面完整性研究提供相关的试验基Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｏｂｓｅｒｖｅｄｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄ础与理论依据。ｆｏｒｃｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅｎｄｍｉｌｌｉｎｇ１试验过程