[发明专利]一种切削刀具与高温合金组合加工时的切削参数确定方法

说明书

技术领域

本发明属于高温合金加工领域，具体涉及一种切削刀具与高温合金组合加工时的切削参数确定方法。

技术背景

镍基高温合金GH4169因具有优良的热强性能、热稳定性能和热疲劳性能，常用于制造航空发动机与燃气轮机的轮盘、叶片等耐热零部件。随着国内电力行业的蓬勃发展，大型电站的相继建立，汽轮机需求不断增加。但由于镍基高温合金GH4169切削加工性很差，主要表现为切屑的形成、切削力、切削温度、刀具磨损与破损等都呈现特有的规律，切削加工效率低，严重制约其广泛应用，目前，对于镍基高温合金GH4169“切削用量手册”中尚无成熟数据可查。因此，镍基高温合金GH4169的合理切削用量的选择是制造业急需解决的问题。从国内的实际情况来看，镍基高温合金GH4169切削用量的选择还处于经验设定和单因素试验等定性优化选择，还没有一定的理论指导，当切削条件改变时，合理的切削用量选择困难，难以选择刀具的切削温度，使刀具磨损严重，切削加工效率低。

发明内容

本发明目的在于提供一种切削刀具与高温合金组合加工时的切削参数确定方法，为解决高温合金切削过程中难以选择合理的切削参数、致使刀具严重磨损、切削加工效率低的问题。本发明方法基于F.T.Bowden和D.Tabor建立的粘着磨损理论刀具模型中的Archard模型，通过建立该切削刀具与高温合金组合加工时后刀面的磨损模型，同时借助切削试验数据，确定切削高温合金时工件材料与切削刀具磨损面有最小粘着磨损时的切削温度，依据磨损模型获得的切削温度建立不同切削速度与切削进给量的对应关系，确定切削速度与切削进给量。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，该方法包括如下步骤：

步骤一：基于粘着磨损理论刀具模型中的Archard模型，根据刀具切削高温合金工件过程中刀具、工件的几何关系，在Δt时间间隔内，粘结磨损变化量dW为据此建立切削高温合金刀具后刀面的磨损模型步骤二：根据刀具后刀面磨损模型，确定在使刀具切削高温合金工件粘着磨损量最小时，刀具磨损表面法向压力与切削温度的关系：P＝f(θ)；

步骤三：确定高温合金工件的屈服强度与切削温度的关系σ_s＝f(θ)；

步骤四：在取极小值即时，可得刀具后刀面粘着磨损量最小时对应的切削温度θ；

步骤五：在刀具后刀面粘着磨损量最小即切削温度为θ时，在给定切削深度a_p的情况下，试验在不同进给量f时所对应的切削速度，借助最小二乘法得到当切削温度为θ时切削速度与进给量之间的关系。

下面结合附图和实例对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1刀具工作状态磨损增量参数关系

具体实施方式

本发明为实现提高切削加工效率、降低刀具磨损的目的，采取如下方法：

步骤一：基于粘着磨损理论刀具模型中的Archard模型，根据刀具切削高温合金工件过程中刀具、工件的几何关系，在Δt时间间隔内，粘结磨损变化量dW为据此建立切削高温合金刀具后刀面的磨损模型

步骤二：根据刀具后刀面磨损模型，确定在使刀具切削高温合金工件粘着磨损量最小时，刀具磨损表面法向压力与切削温度的关系：P＝f(θ)；

步骤三：确定高温合金工件的屈服强度与切削温度的关系σ_s＝f(θ)；

步骤四：在取极小值即时，可得刀具后刀面粘着磨损量最小时对应的切削温度θ；

步骤五：在刀具后刀面粘着磨损量最小即切削温度为θ时，在给定切削深度a_p的情况下，试验在不同进给量f时所对应的切削速度，借助最小二乘法得到当切削温度为θ时切削速度与进给量之间的关系。

在附图中，1为刀具，2为高温合金工件，3为切屑。由于刀具后表面凹凸不平，在相互接触并摩擦的过程中，由于切削力和切削热的作用，二者接触应力超过工件材料的流动强度，导致材料表面发生塑性变形，转移到刀具表面上，造成粘结点焊合，在切削镍基高温合金的过程中，由于切削力大，切削温度高，切削层材料产生严重的塑性变形，新生工件材料表面与刀具磨损表面极易发生这种焊合情况，而形成不稳定的粘结层，粘结层在法向压力冲击与剪应力的作用下，刀具材料易在粘结层与刀具接触面的亚表面下产生剥落。随着切削运动剥落材料被带走，而发生粘结磨损。

本发明实施例中，所述的一种切削刀具与高温合金组合加工时的切削参数确定方法，所述步骤一中建立切削高温合金刀具后刀面的磨损模型的具体步骤是：