專利名稱：一種采用陶瓷刀片的加工方法
技術領域：
本發明屬于機械加工技術領域，涉及一種應用于數控臥車的、加工高溫合金的機械加工領域，特別涉及一種采用陶瓷刀片的加工方法。
背景技術：
高溫合金優良的性能把問題和費用顯現在刀具上，這些難加工材料的切削，與切削普通鋼件相比，需要消耗更多的能量，在切削區產生很高的切削溫度，因此需要使用能降低切削溫度和耐高溫的刀具。要實現高溫合金的高效切削，刀具材料的正確選擇是第一個重要問題，不同的刀具材料有不同的適用情況。刀具材料只有和合理的幾何參數，好的刀具結構，合理的使用方法等因素完美結合才能充分發揮出其應有的性能。硬質合金刀具的工作溫度應在800° C以下，高于這個溫度刀尖的強度就會急劇下降，切削效率降低甚至不能完成正常切削。我們在現場經常遇到此類現象，當轉速達到一定數值時，刀尖磨損會非常嚴重，必須降低轉速才能保證正常工作。而由于陶瓷材料的熔點高，在1200° C時仍能保持硬度，而在該溫度下被切下的廢屑早已軟塑，非常易于切削。以GH4169為例，通常情況下，硬質合金刀片能夠承受的切削線速度為25-35m/min，而陶瓷刀具的切削線速度可達250-450m/min。低于600° C時，硬質合金刀片的韌性及沖擊力遠遠高于陶瓷刀片，憑借其比被加工材料高得多的硬度值，能夠完成正常切削。而陶瓷刀片在此溫度下會表現得非常糟糕，由于其質脆及耐磨性差等特性，在低溫下很容易出現打刀現象，或者根本不能完成切削。因此陶瓷刀具完全不適合于超級合金的切削。眾所周知，數控臥車的剛性遠遠不如數控立車，陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性好、耐熱性好等優點以及脆性較大、強度較低等缺點。所以機床的剛性不好，將直接導致刀片碎裂，不能完成切削。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提出一種采用陶瓷刀片的加工方法，通過給出選擇切削參數、確定走刀路線的方法，解決了高溫合金加工的瓶頸問題。本發明的技術方案是這樣實現的一種采用陶瓷刀片的加工方法，其特征在于包括以下步驟步驟1:當高溫合金難加工時，采用陶瓷刀片在臥車上對零件進行加工；步驟2 :對陶瓷刀片進行選擇，方法為首先陶瓷刀具應與工件相匹配；如果加工空間允許，則選用大直徑圓刀片進行切削；如果是車外圓和端面或大直徑零件的內孔，則選擇負前角刀片進行切削，如果零件型面有凸臺或凹槽，而且凸臺或凹槽的圓角半徑小于圓刀片半徑，則先用圓刀片切削大部分余量，再用尖刀或槽刀片去除圓角處的余量；在下次切削前,應檢查是否需要更換刀片粗加工時應充分利用已崩刃的刀片，不要匆忙決定放棄該刀片；步驟3 :確定切削參數及走刀路線，對零件進行切削；
(I)若零件為T型板，則先采用陶瓷刀片去除余量進行半精加工，再采用合金刀片進行精加工；陶瓷單片的切削參數設置為線速度的范圍為370m/min 420m/min ；進給速度的范圍為0·1 5mm/rev O. 23mm/rev ；切深的范圍為0· 5謹 1. 2謹；(2)若零件為鎳基高溫合金，則陶瓷刀片進刀時采用斜向切削工藝或變切深切削，陶瓷刀片的切削參數設置為線速度的范圍為370m/min 420m/min ；進給速度的范圍為0·1 5mm/rev O. 23mm/rev ；切深的范圍為0· 5謹 1. 7謹；(3)含鈷元素的鑄造高溫合金環塊，其中鈷元素的含量占14% 16%，該零件結構是大直徑小弦長的環塊，加工時將多塊零件組成的一個圓環，并沒有頭尾吻接，零件之間留有間隙；陶瓷單片的切削參數設置為線速度的范圍為790m/min 820m/min ；進給速度的范圍為0·1 5mm/rev O. 23mm/rev ；切深的范圍為0. 5mm 1. 7mm ;步驟4:實時調整工況，保證陶瓷刀片的正常工作。溫度低于600° C，則采用提高切削速度的方法，使切削過程產生足夠的切削熱，保證切削點的溫度在600° C以上；在加工鎳基高溫合金零件時，陶瓷刀片的溝狀磨損現象發生在切深線上，即溝狀磨損達到最大的同時后刀面磨損也達到最大，溝狀磨損擴展至刀片1/3的厚度上時，溝狀磨損或崩刃會出現在切削區域內，此時，需采用提高切速或降低進給或兩者同時調整的方法，來糾正陶瓷刀片的磨損；若陶瓷刀片出現崩刃，并在刀片前面出現火花，此時應降低進給完成本次切削；步驟5 :切削結束后，盡可能地加大冷卻液的澆注量，使零件冷卻。步驟2所述的負前角刀片通過轉換刀刃的方法至少更換8次刀刃。若零件為T型板，所述的采用陶瓷刀片去除余量進行半精加工，半精加工給精加工單邊留O. 5余量。步驟I所述的陶瓷刀片適合加工的材料包括硬度在Hc45_65的高硬淬火鋼；鎳基、鈷基高溫合金；高硬度Hc45-65鑄鐵材料；不銹鋼、模具鋼、焊縫。本發明的優點本發明的方法給出了怎樣正確選擇切削參數、怎樣正確確定走刀路線，使陶瓷刀片應用在數控臥車上。陶瓷刀具應用于高溫合金連續切削能夠提高加工效率60%以上，應用于高溫合金斷續切削能夠提高加工效率80%以上。陶瓷刀具的應用，解決了高溫合金加工的瓶頸問題其應用價值無法估量。僅按應用的兩個零件計算，單臺節約加工成本7395元。按年產100臺計算，年節約加工成本739500元。
圖1為本發明一種實施方式采用陶瓷刀片的加工方法的流程圖；圖2為本發明一種實施方式走刀路線示意圖，其中，圖2(a)為硬質合金刀具的走刀路線示意圖；圖2(b)為陶瓷刀具的走刀路線示意圖3為本發明一種實施方式T型板精車工序零件圖；圖4為本發明一種實施方式半精車小端零件圖型及走刀路線圖5為本發明一種實施方式半精車大端零件圖型及走刀路線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步詳細的說明。本發明的實施方式給出一種采用陶瓷刀片的加工方法，其流程如圖1所示。該流程開始于步驟101。在步驟102，當高溫合金難加工時，例如當切削溫度大于或等于600° C時，采用陶瓷刀片在臥車上對零件進行加工。陶瓷刀片適合加工的材料包括硬度在Hc45-65的高硬淬火鋼；鎳基、鈷基高溫合金；高硬度Hc45-65鑄鐵材料；不銹鋼、模具鋼、焊縫。陶瓷刀具不適合加工鈦合金，由于鈦元素的燃點低，如果采用陶瓷刀具切削鈦合金，可能出現廢屑自燃現象；另外陶瓷刀具也不適合加工鋁鎂合金等有色金屬，也是因為可能會出現廢屑自燃現象。另外在切削過程中，80%的切削熱量被鐵屑帶走，切速不高時鐵屑有充分的溶量把切削熱帶走，加上足夠的冷卻液，切削點的溫度不會高于600° C。隨著切速的提高，靠鐵屑帶走切削熱變得越來越困難，切削區溫度就會不斷提高，這正是陶瓷刀片的切削所需要的。在使用硬質合金刀片時，一旦工作不正常，我們首先想到的是降低切速，而使用陶瓷刀具時，一旦遇到相同的情況，大部分時間是通過提高切削和降低進給加以解決。陶瓷刀片壽命的長與短，速度是關鍵。一定要轉變觀念，大膽提高切削速度。保證在切削過程中產生足夠的切削熱，這是提高刀具壽命關鍵中的關鍵。當然，提高切速并不是越高越好。切削溫度過高，過多的切削熱不能被鐵屑帶走而留在基體內造成零件溫度升高，由于熱應力導致零件變形。另外，在試驗中我們發現，一旦速度超過某一極限值(該值得大小與零件的材料何尺寸有關)，刀刃磨損非常快。在步驟103，對陶瓷刀片進行選擇。實際加工過程中，刀具選擇是一件非常重要的事情，選擇正確，切削順利，成本降低；否則刀片更換次數增加，非常浪費。首先陶瓷刀具應與工件相匹配。每一種陶瓷刀具都有其特定的加工范圍，不同的陶瓷刀具(或同種陶瓷刀具)在加工不同工件材料時其磨損形態和刀具壽命會有很大不同，因此存在陶瓷刀具與切削對象的最佳匹配問題。每一種陶瓷刀具都有其最佳加工對象，即存在陶瓷刀具與加工對象的最佳匹配問題。在應用陶瓷刀片加工零件時一定要搞清楚陶瓷刀片的材質,搞清楚陶瓷刀片的加工最佳匹配問題。我們曾經遇到過這種情況，當我們采用一個廠家生產的兩種陶瓷刀片加工GH4169零件時，我們采用相同的參數，但零件的變形卻差了很多，甚至影響到精加工時零件超差，為了分析原因，我們應用紅外測溫儀測量了零件在加工時的溫度，用合金刀片時，溫度是26度，用綠葉陶瓷刀片時，溫度在28度到30度，比合金刀高2-4度左右，用肯納KY1540在32度到36度，比合金刀高6_10度，應用綠葉刀片加工時較比合金刀片就有一些變形，但是這個變形能夠在精車中去掉。肯納KY1540刀片在加工時零件溫度高并且磨損比綠葉和肯納KY4300嚴重，并在加工時刀片前面可看到火花，火花是由于溫度很高的鐵屑通過刀片粗糙平面時產生的，當火花在切削面上出現時，切削刃則已損傷較嚴重了，此時還進行切削的話，就會導致零件溫度上升。因為我們的零件都是薄壁件，薄壁件的變形是一個很重要的問題，由于刀具壓力的基體受到的剪切力產生的熱量會引起變形，在壁非常薄的部分熱量會穿透到截面所有部分引起金相顯微組織損傷。所以這個溫度升高后導致的變形增大就不難解釋了。肯納的這兩種刀片的材質肯定不一樣，所以切削參數也不一樣，我們采用相同的參數就會導致溫度升高乃至零件變形量加大。從這個結果看肯納KY1540加工的溫度高，肯定會引起變形，因為從我們這兩年加工的跟蹤和經驗以及這次的測溫來看，應該是由于溫度升高導致變形量增加。以下為測溫結果Vc=380m/min, fn=0. 23mm/rev, ap=l. 7mm。
權利要求
1.一種采用陶瓷刀片的加工方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1:采用陶瓷刀片在臥車上對零件進行加工； 步驟2 :對陶瓷刀片進行選擇，方法為首先陶瓷刀具應與工件相匹配；其次如果加工空間允許，則選用大直徑圓刀片進行切削；如果是車外圓和端面或大直徑零件的內孔，則選擇負前角刀片進行切削；如果零件型面有凸臺或凹槽，而且凸臺或凹槽的圓角半徑小于圓刀片半徑，則先用圓刀片切削大部分余量，再用尖刀或槽刀片去除圓角處的余量； 在下次切削前，應檢查是否需要更換刀片粗加工時應充分利用已崩刃的刀片，不要匆忙決定放棄該刀片； 步驟3 :確定切削參數及走刀路線，對零件進行切削； (I)若零件為T型板，則先采用陶瓷刀片去除余量進行半精加工，再采用合金刀片進行精加工；陶瓷單片的切削參數設置為 線速度的范圍為370 m/min 420m/min ； 進給速度的范圍為0. 15 mm/rev O. 23mm/rev ； 切深的范圍為0. 5mm 1. 2mm ； (2)若零件為鎳基高溫合金，則陶瓷刀片進刀時采用斜向切削工藝或變切深切削，陶瓷刀片的切削參數設置為 線速度的范圍為370 m/min 420m/min ； 進給速度的范圍為0· 15 mm/rev O. 23mm/rev ； 切深的范圍為0. 5 mm 1. 7mm ； (3)含鈷元素的鑄造高溫合金環塊，其中鈷元素的含量占14% 16%，該零件結構是大直徑小弦長的環塊，加工時將多塊零件組成的一個圓環，并沒有頭尾吻接，零件之間留有間隙；陶瓷單片的切削參數設置為 線速度的范圍為:790 m/min 820 m/min ； 進給速度的范圍為0. 15 mm/rev O. 23mm/rev ； 切深的范圍為0. 5 mm 1. 7mm ； 步驟4:若切削過程中，溫度低于600° C，則采用提高切削速度的方法，使切削過程產生足夠的切削熱，保證切削點的溫度在600° C以上； 在加工鎳基高溫合金零件時，陶瓷刀片的溝狀磨損現象發生在切深線上，即溝狀磨損達到最大的同時后刀面磨損也達到最大，溝狀磨損擴展至刀片1/3的厚度上時，溝狀磨損或崩刃會出現在切削區域內，此時，需采用提高切速或降低進給或兩者同時調整的方法，來糾正陶瓷刀片的磨損； 若陶瓷刀片出現崩刃，并在刀片前面出現火花，此時應降低進給完成本次切削； 步驟5 :切削過程中，盡可能地加大冷卻液的澆注量，使零件冷卻。
2.如權利要求1所述的陶瓷刀片的加工方法，其特征在于步驟2所述的負前角刀片通過轉換刀刃的方法至少更換8次刀刃。
3.如權利要求1所述的陶瓷刀片的加工方法，其特征在于若零件為T型板，所述的采用陶瓷刀片去除余量進行半精加工，半精加工給精加工單邊留O. 5余量。
全文摘要
一種采用陶瓷刀片的加工方法，屬于機械加工技術領域。當高溫合金難加工時，采用陶瓷刀片在臥車上對零件進行加工；對陶瓷刀片的選擇，首先應與工件相匹配；如果加工空間允許，則選用大直徑圓刀片進行切削；如果是車外圓和端面或大直徑零件的內孔，則選擇負前角刀片進行切削，如果零件型面有凸臺或凹槽，而且凸臺或凹槽的圓角半徑小于圓刀片半徑，則先用圓刀片切削大部分余量，再用尖刀或槽刀片去除圓角處的余量；本發明的方法給出了怎樣正確選擇切削參數、怎樣正確確定走刀路線，使陶瓷刀片應用在數控臥車上。陶瓷刀具應用于高溫合金連續切削能夠提高加工效率60%以上，應用于高溫合金斷續切削能夠提高加工效率80%以上。
文檔編號B23B27/14GK103056393SQ20121044198
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者崔晶, 楊平, 竇遠 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司