第３５卷第４期 佳木斯大学学报（自然科学版） Ｖ０１．３５ Ｎｏ．４ ２０１７年０７月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｍｕｓｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｌｙ ２０１７ 文章编号：１００８—１４０２（２０１７）０４—０６１１—０３ 高温合金ＧＨ４１６９高速铣削力试验研究① 马小丽 ，孙红旗 （１．佳木斯市轻工局职工中专学校，黑龙江佳木斯１５４００２；２。佳木斯大学机械学院。黑龙江佳木斯１５４００７） 摘要： 作为典型的难加工材料，高温合金铣削加工铣削力大，引起的切削振动对表面质量有 很大影响，对高温合金ＧＨ４１６９进行了高速铣削实验，结果进行分析，发现 在铣削四个要素中， 切削速度是影响切削力的显著因素；提高切削速度能够减小切削力。 关键词： 高温合金；铣削；加工参数；铣削力 中图分类号：ＴＨ１６ 文献标识码：Ａ ０ 引 言 相对的概念，不同工件的材料，不同的加工方法，其 高速切削范围不尽相同，但普遍都认为，高速切削 众所周知，高温合金常用来制造航空航天发动 的速度范围应是常规切削速度的５～１Ｏ倍以上。 机及汽轮机的重要零部件 ， ，但它的切削加工性 很差，故一般均采用很低的切削速度，生产效率十 １ 镍基高温合金ＧＨ４１６９性能 分低下 。如能采用高速切削，则可大大提高生 切削试验用ＧＨ４１６９的化学成分及物理力学 产效率。 性能分别见表１，２． 虽然高速切削的定义尚无共识，高速切削是个 表１试验用ＧＨ４１６９主要化学成分ｗｔ（％） Ｎｉ Ｃｒ Ｍｏ Ｎｂ Ｔｉ Ａｌ Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｆ ５１．７５ １７ ２．９３ ５．１５ １．０７ ０．４５ ０．０４２ ０．２１ ０．０３ 余 表２试验用ＧＨ４１６９的物理力学性能（２０￣Ｃ） ５００ 芝４００ ３００ ２００ ｌ０Ｏ Ｏ 图１铣削分力与测量分力 ２０ ４０ ６Ｏ ８Ｏ １００ ｌ２Ｏ Ｖ （ｍ／ａｒｉｎ） 资料介绍，镍基高温合金的切削加工性仅为 ０．２左右 引。如４５钢的 ：１２０ｍ／ｍｉｎ，镍基合金 图２ Ｆ 、Ｆ 、Ｆ 一Ｖ 曲线 的 仅为２４ｍ／ｍｉｎ左右。故ＧＨ４１６９的常规切削 困难的原因：一是因金属间化合物的 相是其主 速度约为ｌ０—３０ｍ／ｍｉｎ，可见其切削加工很困难。 要强化相， 相越多，其ｏｒ 及６越大，切削加工性越 ① 收稿日期：２０１７一ｏ６—２１ 作者简介：马小丽（１９６２一），女，黑龙江佳木斯人，工程师，研究方向：机械制造，力学教学。 通讯作者：孙红旗（１９６４一），男，吉林延吉人，教授，工学硕士，研究方向：力学。 ６１２ 佳木斯大学学报（自然科学版） 表３ 单因素实验 ２０１７年 差：另外，加工硬化严重，加工硬化程度可达２００～ ５００％，硬化层深度可达０．２～０．３ｍｍ 引。 ２镍基高温合金ＧＨ４１６９高速铣削试验 考察 。对切削力的影响规律，考虑常规速度区 与高速区，固定 ＝０．Ｏｌｍｍ／ｚ，０ ＝１．０ ｍｍ， ＝ ｌＯｍｍ不变， 单因素实验切削用量、相应的进给速 度见表３。 考察 对切削力的影响规律，固定 １５ｍ／ｍｉｎ， ＝ ＝８０ｍ／ｍｉｎ，ａ。：０．５ｍｍ，ａ。＝ｌＯｍｍ， 单因素实验切削用量、相应的进给速度选择如表 ４所示。 表４ 试验用每齿进给量 考察 对切削力的影响规律，固定 １５ｍ／ｍｉｎ， ＝８０ｍ／ｍｉｎ ＝０．Ｏ１ｍｍ／ｚ，ａ ＝ 律，固定 表６。 ＝１５ｍ／ｍｉｎ， ＝８０ｍ／ｍｉｎ ＝０． ＝ Ｏｌｍｍ／ｚ， ＝１．Ｏｍｍ，ａ 单因素实验切削用量选择如 表６ 试验用铣削宽度口 （ｍ／ｍｉｎ） （ｍ／ｍｉｎ） （ｍｍ）４ ５ ｌＯｍｍ，％单因素实验切削用量选择如表５。 表５ 试验用铣削深度ａ １５ ２０ ６ ７ ４ ５ ８０ ７６ ６ ７ 考察 对切削力、切削温度、表面质量影响规 。叫 囊 ｎ （口）常规速度区 图３ ６０ｏ ￣ｖ－－８０ｍ／ｍｉｎ Ｉ ０．００８ Ｊ—一＾—一‘ ０．０ｌ０ ０．０ｌ２ ０ ０１４ ｆ．￣（ｍｒｄｚ） （６）高速区 、 、 一 曲线 ６ｏ０ ５０ｏ ４００ ５０ｏ 一０ｏ ３０ｏ ２ｏｏ ｌｏｏ 、喜３ｏｏ ２伽 ｌ００ ０ ０．２ ０．４ ６ ０．８ １．Ｏ Ｏ ａ（ｍｍ） （口）常规速度区 图４ Ｆ ＦｐＦ；一８ｐ曲线 （６）高速区 第４期 ６ＯＯ 马小丽，等：高温合金ＧＨ４１６９高速铣削力试验研究 ６１３ ＂－ｖ－＇－５００ ，乏ｘ ，．￣￣ｕｕｌ 邑４００ ３００ ２ｏｏ １ｏ０ Ｏ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ．一一一 ａｆｍｒａ／ｚ） （口）常规速度区 图５ 、 、 —Ｕ 曲线 （６）高速区 ３ 实验结果及分析 ３．１ 铣削分力及换算 铣削加工过程中，工作刀齿所产生铣削力的合 力即为铣刀的铣削力。铣削力一般为空间力，根据 研究的需要将其分为三个分力：主铣削力Ｆ 、法向 铣削力Ｆ 轴向铣削力Ｆ。，测力仪直接测得的切削 力分力为Ｆ 、Ｆ ，如图１所示。由于铣刀刀齿位 置是随时间变化的，因此当铣刀接触角０变化时， 各铣削分力大小也发生变化，式１给出了铣削分力 与测量分力换算公式。 ａ 的增大而升高。ａ。增大，切屑层变宽，切屑变形 和切屑断裂所需的能量增加，则切削力升高。 图４给出了ａ 对 、Ｆ 的影响曲线，从图 中可以看出常规速度区 、Ｆ 随ａ 的增加先升高， 而后下降，再升高，但变化幅度不大， 随ａ 增加 的变化更小。高速区的变化与常规速度区相似，但 在ａ。＝５ｍｍ时Ｆ 、Ｆ 升高幅度较大，而Ｆ 随ａ。增 加有升高趋势。 ４ 结论 在铣削四个要素中，切削速度是影响切削力的 显著因素；提高切削速度能够减小切削力。 切削力进入高速区后，切削力随切削速度升高 而降低的现象，从微观角度看，金属多为晶体结构， 晶粒经过剪切变形而形成切屑，切削层金属发生了 塑性变形。塑性变形伴随着加工硬化，速度较低 时，切削层金属产生逐渐的加工硬化，金属强度增 大，切削力较大。而在高速切削时，切削温度升高， 剪切面就象一个稳定的热源，降低了金属强度，减 小了切削层金属加工硬化，降低了切削力；较高的 切削速度使得一部分金属来不及变形，就被刀具切 离了工件，也减小了切削力。 参考文献： ［１］陈国良．高温合金学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８８：２５ —ｆＩ －Ｆ ｌＦｃ］『ｓｉｎＯ ｃ。ｓ０ ｏｉＦ￣，］ ：【 ｊ Ｌｌ—ｃ ｏｓＯ—ｓｉｎＯ ０ Ｉ ｌＦ Ｉ （１） ０ ０ ￣ＪＬ ｒｌｊ ３．２ 实验结果分析 在相同 、ｕｐ、ａ 下切削分力 、Ｆ 随 变 化规律曲线如图２所示， 、Ｆ 较大，而 较小。 Ｆ Ｆ Ｆ 在高速区比常规速度区略有下降，改变 切削速度 ，当 ＝６０ｍ／ｍｉｎ已经表现出下降的趋 势。常规速度区（ ＝４０ｍ／ｍｉｍ左右）有积屑瘤产 生，积屑瘤代替前刀面切削，前角变小， 、Ｆ 下降；在高速区， 增大， 、Ｆ 减小，这主要是 因为进人高速区，切削温度升高，材料在高温下有 软化的趋势，ｆ。减小， 、Ｆ 必然要下降。 图２给出了 、Ｆ小 随 变化曲线，（ａ）为常 规速度曲线，（ｂ）为高速曲线。可以看出 、 、 随 的增大而升高，但 对 、Ｆ 的影响并不十 分明显， 图３给出了 、Ｆ 随ａ 变化规律曲线，其 中（ａ）图为常规速度曲线，（ｂ）图为高速曲线。不 论是在常规速度区还是在高速区， 、 、 随着 ４２． ［２］庄景云．变形高温合金［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００６： １—３． ［３］王守安．国外机械加工工艺发展概念．工件技术，１９９４．４：３一 ｌ１． ［４］艾兴．高速切削加工技术．国防出版社，１９９６：６６—６９． ［５］ Ｒ．Ｓ．Ｐａｗａｄｅ，Ｓｕｈａｓ Ｓ．Ｊｏｓｈ ｅｔ１ａ．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄａｍａｇｅ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｕｒｎｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１８［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００７，１９２ —１９３：１３９—１４６． （下转６３６页） ６３６ 佳木斯大学学报（自然科学版） ２０１７丘 ０—４￣Ｃ的冰箱中保存。试验结果表明，木瓜凝固型 ［４］ 王福荣．生物工程分析与检验［Ｍ］．北京轻工业出版社， 酸奶的工艺切实可行，产品组织状态良好，无乳清 ２００５． 分离，色泽均匀，酸奶适中，口感润滑。 ［５］ 张和平，张佳程．乳品工艺学［Ｍ］．北京：中国轻工业出版社， ２０１０：１７１—２１９． ［６］ 杨汶燕，林奇．番木瓜酸奶的加工工艺研究［Ｊ］．农产品加工， 参考文献： ２０１１（８）：８—１２． ［１］冯爱国，李春艳．木瓜的营养成分及其功效价值［Ｊ］．中国食 ［７］ 盂君，范秉琳．木瓜酸奶制作工艺的优化［Ｊ］．南方农业学报， 物与营养，２００８（５）：５４—５５． ２０１４，４５（３）：４６９—４７４． ［２］ 吴祖兴．乳酸菌发酵机理及发酵乳工艺优化研究［Ｄ］．北京： ［８］ 冯丽丽，罗栋源．宣木瓜风味酸奶的制作工艺研究［Ｊ］．食品 中国农业大学，２００４（６）：４４—４７． 研究与发，２０１２，３１（１１）：１０１—１０７． ［３］李春．乳品分析与检验［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８： 】５７一】５９ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ Ｐａｐａｙａ Ｙｏｇｕｒｔ ＺＨＡＮＧ Ｄｏｎｇ一 凡ｇ，ＨＵ Ｇｕｏ—ｑｉａｎｇ，ＳＵＮ Ｙｕ— ，ＧＡＯ Ｇｕｉ—ｚｈｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎｇ—ｔａｏ （Ｓｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２３４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐａｐａｙａ ａｎｄ ｗｈｏｌｅ ｍｉｌｋ ｐｏｗｄｅｒ ａｓ ｍａｉｎ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏ． ｇｙ ｏｆ ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ ｐａｐａｙａ ｙｏｇｕｒｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｐａｙａ ｙｏｇｕｒｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｓｉｎ— ｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ： ８％ｓｕｇａｒ，０．２％ｇｌｕｔｉｎ，０．２％ＣＭＣ，３％ｓｔａｒｔｅｒ，ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｔａｎｔ ４２ ｏＣ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ６ ｈ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｄｄｅｄ ３０％ｐａｐａｙａ ｊｕｉｃｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｄ ａ ｆｕｌｌ ｆｌａｖｏｒ ａｎｄ ａ ｓｌｉｐｐｅｒｙ ｔｅｘｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｐａｙａ；ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｙｏｇｕｒｔ （上矮６１３页） Ｔｈｅ Ｈｉｇｈ—－ｓｐｅｅｄ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ａｌｌｏｙ ＧＨ４ １ ６９ ＭＡ Ｘｉａｏ—ｌｉ 。ＳＵＮ Ｈｏｎｇ—ｑｔ （１．Ｊｉａｍｕｓｉ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｂｕｒｅａｕ Ｓｔａｆｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｊｉａｍｕｓｉ １５４００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｃｈａｎｉｃｓ，Ｊｉａｍｕｓｉ Ｕｎｉ． ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｍｕｓｉ １５４００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌｌｏｙ ｉｓ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ｇｒｅａｔ， ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓｅｓ ｃｕｔｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉ— ｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌｌｏｙ ＧＨ４１６９．ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｔｈｅ ｎｏｔａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ￣ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌｌｏｙ；ｍｉｌｌｉｎｇ；ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ