摘 要:該文分析了GH4169材料的切削加工性、化學成分（fèn）、物理性能,介紹了深孔（kǒng）鑽削加工的特點。采用錯齒內排屑深孔（kǒng）鑽削刀具,選用不同鑽削工（gōng）藝參數進行深孔鑽削（xuē）試驗,分別分析刀具失效形（xíng）式、鐵屑形態（tài）及形成原因。最終確定了合適切削參（cān）數（shù）以及刀具材料。發現粘接磨損和磨粒磨損是（shì）刀具磨損的主要形式,短錐形螺旋切屑是理想切屑形態。
 
      關鍵詞:高溫合金GH4169 深孔鑽削 刀具磨損
   
      GH4169高溫合金抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐（fǔ）蝕性（xìng）能優越（yuè）,有良好的加（jiā）工性能、焊接性能,該（gāi）材料深孔類零件應用非常廣泛（fàn）,現已廣泛運用於航空、航天、能源工業中[1]。但（dàn）深（shēn）孔加工相（xiàng）對較難。原因是深（shēn）孔的加工過程中刀（dāo）具處於（yú）封（fēng）閉的（de）狀態下進行切削,切削過程不易（yì）直接觀察、切削（xuē）產生（shēng）熱量不易傳散、鐵屑不能順利排出、鑽削工藝係統剛度差等。而且該材（cái）料加工時容易出現加工硬化現象,刀具容易產生（shēng）變形、缺（quē）口磨損及顆粒磨損,低的熱擴（kuò）散更是（shì）導致切削邊緣局部溫（wēn）度過高等等,嚴（yán）重地影響了刀具壽命和耐用度（dù）,增加了加工難度。所以我（wǒ）們有必要對該材料（liào）的深孔鑽削刀具失效形式、切（qiē）削參數、刀具參數性能進行分析研究,保（bǎo）證該材料深孔鑽（zuàn）削精度和質量,提高生產效率。
  
      
 

  
      1 、試（shì）驗材料的物理性能
 
      試驗用（yòng）高溫合金GH4169材料是典型（xíng）的（de）航空航天葉片、軸（zhóu）類和石油測井用材料。屈（qū）服強度在650 ℃以下居變形高溫（wēn）合金（jīn）首位,其體積密度為（wéi）ρ=8.24 g/cm3。在室溫下抗拉（lā）強度σ能（néng）達到1 450 MPa[2]。能譜分析測得棒材主（zhǔ）要（yào）化學成分如表1所示,含鎳量（liàng）為52.25%,在萬能電子試驗機測得其（qí）力學性能如（rú）表2所示。
 
      2 、鑽削試驗
 
      2.1 鑽削試（shì）驗（yàn）條件
 
      深孔加工（gōng）是指孔的長度和孔的直徑比大於10的孔（kǒng）,深孔（kǒng）加工有多種方法,該試驗主要采用實（shí）心鑽孔（kǒng）法,工件旋轉刀具做進給（gěi）運動,采用BTA深孔鑽削（xuē）係統進行（háng）鑽削（xuē）。其刀具結構為錯齒內排屑深孔鑽削結構,加工刀具角度調整範圍如表3所示,工件材料尺寸為（wéi）φ50×5440。
 
      2.2 鑽削（xuē）試驗
 
      如表4所示鑽削時選用轉速195 r/min、255 r/min的常用深孔鑽削速度,0.02 mm/r、0.03 mm/r進給量以及高溫韌性好、抗衝擊性能優良、抗粘接（jiē）性強、高耐熱性的硬質合金（jīn）YG813為刀（dāo）片材料,導向塊材料采用了YT15、YG813硬質合（hé）金進行試驗對比。試驗用材料價格（gé）等因素的（de）原因主要采取（qǔ）3組數據來說明切屑的形態、刀具磨損、破損情（qíng）況。
 
      3 、鑽削結果分析
 
      3.1 刀具失（shī）效機理探討（tǎo）
   
      在加工過程中（zhōng）鎳基高溫合金加工硬化、強化現象嚴重,另外鑽削環境較封閉,高溫（wēn）合金GH4169導熱率性能差,導致鑽削（xuē）環境的溫度（dù）逐步升高,這些都極（jí）易引起刀片材料的（de）性（xìng）能下（xià）降、刀具磨損和破壞,如圖1所示,而鑽削時（shí）由於鎳（niè）基高溫合金GH4169材料（liào）中含有大量（liàng）的立方（fāng）點陣碳化（huà）物,如TiC、NbC、Cr23C6等（děng）,提高了刀具的硬度、強（qiáng）度和（hé）耐磨性,較多的硬質點元素會使刀具（jù）發生劇烈的磨（mó）料磨損,同時在鑽削（xuē）時產生的高溫（wēn）度也會加劇刀具的氧（yǎng）化磨損和擴散磨損[3]。鑽削中外刃後（hòu）刀麵發生磨損,會有明顯的磨粒刻痕。高溫合金GH4169材料含鎳量極高,可達55%,在加工超細長深孔時後刀麵磨損嚴重,主要是因為後刀麵與已加工麵發生了磨損,所以應該（gāi）增加後角（jiǎo）以減少磨損,但是外刃後角過大容（róng）易導致刀（dāo）具強度不足,刀具易發生破裂現象。為此,在對（duì）鑽頭切削角度進行（háng）修磨時,尋找（zhǎo）合適的切削角度可有效延長（zhǎng）刀具的使（shǐ）用壽命,減少崩刃現（xiàn）象,提高鑽削高溫（wēn）合金GH4169材料的刀具耐用度（dù）。
 
      另外,實（shí）驗中發現有刀具破損現象出現在刀尖處,致使不能繼續進行鑽削,這是因為在鑽削中特別是使用YT類（lèi）硬質合金（jīn）作為（wéi）導向塊（kuài）鑽削時,導向塊受到擠壓力、高溫環境的（de）作用,YT類與鎳基高溫合金GH4169中同種元素發生（shēng）粘結現象,致使鑽削過程中刀具磨（mó）損嚴（yán）重。隨著加工深度的推（tuī）進,導向塊磨損嚴重,孔（kǒng）直徑（jìng）逐漸變小,換刀後新刀具直徑過（guò）大,隻在刀尖處進行鑽削,這樣刀尖處會產生應力集中現（xiàn）象,磨損（sǔn）進一步（bù）加劇,進而發（fā）生崩刃及破損現象。而使用耐磨性好、強度較高的硬質合（hé）金YG813作為（wéi）導向塊材（cái）料後,刀具（jù）導向塊（kuài）磨損（sǔn）減小,孔直徑能夠基本保持（chí）不（bú）變,刀具破損現象得（dé）到很大的改善。如果刀具在硬化層上切削,前刀麵承受壓力必（bì）然會很大,刀具（jù）與鐵屑之間產生劇烈的摩擦,加快刀（dāo）具的磨（mó）損甚至（zhì）發生崩刃現象。
 
     3.2 切屑形（xíng）態（tài）探討（tǎo）
     
     深孔鑽削（xuē）時鐵屑能否順利排出極（jí）其關鍵,深孔在封（fēng）閉空間下進行,排屑（xiè）的空間狹窄,排屑困（kùn）難。鐵屑的卷曲的形狀、寬窄、長短都直接影響到排屑是否順利,鑽削能否繼續進行。根（gēn）據相關試驗結果顯示該試驗采用的內排屑深孔鑽削,切削容積係數R<50時鐵（tiě）屑能夠順利排出,鑽削試驗時鐵屑的分屑形式主要（yào）是按照刀齒的（de）寬度進行分解（jiě）,通（tōng）過調整鑽頭切（qiē）削（xuē）刃間的相對位置、鑽頭切屑刃高度（dù）和寬度（dù）、鑽削參數、刀具各角度進行調（diào）整可以得到厚而窄的短（duǎn）螺旋切屑（xiè）。如（rú）果（guǒ）切削進給量過大,參數（shù）調整不當就會出現排屑極其困（kùn）難的纏繞帶狀切屑,這一類型切屑係（xì）數容積較大,排屑困難,另（lìng）外由於深孔鑽削時鐵屑本身處於高溫高壓環境中（zhōng）,如果切削時不能在卷曲過程中折斷形成短屑形態則極易造成鑽削（xuē）堵屑,致使（shǐ）刀（dāo）具（jù）破損（sǔn）、機床振動加工不能順利（lì）進行。細長深孔加工（gōng）高溫合金GH4169材料時,隨著直徑減小、深度增加則排屑（xiè）路徑增長,排屑難度加大,解決辦法就是加工（gōng）過程中可適當加大切削液
壓力使切屑排出更加順暢[4]。
 
     4 、結語（yǔ）
 
     可以采用深孔內排屑方式進行鑽削（xuē）高溫合金GH4169,鑽頭材料選用硬質合金YG813,鑽削時（shí）排屑順利。深孔（kǒng）鑽（zuàn）削高溫合金GH4169材料過程時主（zhǔ）要的鐵屑時長而短的（de）螺旋狀切屑,有利於鑽削排屑。鑽削（xuē）參數選取時主軸轉速可調整為199 r/min,進給量調整為0.03 mm/r。