CN101905344B - 镍基高温合金的深窄槽加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以减少了断刀现象、并高效的完成加工的镍基高温合金的深窄槽加工方法。它是对该深窄槽分两次以上加工；第一次加工出一定深度的槽体，下一次在上一次加工的槽体底面上再加工出另一槽体；各槽体的总深度为深窄槽的深度；下一次加工的槽体宽度比上一次加工的槽体宽度略小。本发明采用两次以上加工出深窄槽的方法，下一次加工的槽体宽度比上一次加工的槽体宽度略小。因此避免了下一次加工所用刀具的整个工作刃长的侧刃参与切削，大大降低单个刀具的承受阻力，减少了断刀现象。

Description

镍基高温合金的深窄槽加工方法
技术领域
本发明涉及镍基高温合金材料的深窄槽加工方法。
背景技术
如图1-4所示某燃气轮机零部件中的第一级复环4，在正反面均须加工一深窄密封槽1，该零件材料为难切削材料：GH3922，且加工精度要求高，制造难度大。
GH3922为镍基高温合金，属于可切削性很差的工件材料，其导热性不好，加工硬化程度严重，切削时与刀具产生强烈的粘结。因此，切削力阻力大，切削温度高，刀具磨损严重。加之又是深窄槽，槽宽2.159mm，槽深9.9mm，刀具长径比＞4，切削路径总长约为500mm，切削条件恶劣，刀具极易折断。用常规的切削方式难以完成该深窄槽的加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以减少了断刀现象、并高效的完成加工的镍基高温合金的深窄槽加工方法。
本镍基高温合金的深窄槽加工方法，是对该深窄槽分两次以上加工；第一次加工出一定深度的槽体，下一次在上一次加工的槽体底面上再加工出另一槽体；各槽体的总深度为深窄槽的深度；下一次加工的槽体宽度比上一次加工的槽体宽度略小。
本发明的有益效果：本发明采用两次以上加工出深窄槽的方法，下一次加工的槽体宽度比上一次加工的槽体宽度略小。因此避免了下一次加工所用刀具的整个工作刃长的侧刃参与切削，大大降低单个刀具的承受阻力，减少了断刀现象。
上述的深窄槽加工方法，对该深窄槽分三次加工；各次加工的槽体的深度为深窄槽的深度的3/5-1/5。第一次加工的槽体所使用的第一把铣刀的切削刃的长度大于第一次加工的槽体深度；第二次加工的槽体所使用的第二把铣刀的切削刃的长度大于第一次和第二次加工的槽体深度和；第三次加工的槽体所使用的第三把铣刀的切削刃的长度大于深窄槽的深度；各铣刀切削刃的芯厚沿着从端刃部到柄部的方向是增大的。在保证槽宽公差的前提下，采用三把不同直径不同刃长的刀具分别进行加工，合理的分配了不同的切深，避免了第三次加工时所用第三把铣刀的整个工作刃长的侧刃参与切削，大大降低单个刀具的承受阻力，减少了断刀现象。为了增强刚性减少切削阻力，采取了增大前角，缩短刃长，开螺旋槽时采用变芯厚的方式，尽可能增加刀具芯厚提高刚性，试切结果刀具寿命提高了25％。
上述的深窄槽加工方法，镍基高温合金为GH3922镍基高温合金，深窄槽的槽宽2.159mm，槽深9.9mm；第一、二、三把铣刀的切削刃直径分别为2.2mm、2.15mm、2.1mm。在保证槽宽公差±0.102的前提下，采用三把不同直径不同刃长的刀具分别进行加工，使得下一次加工所用刀具的整个工作刃长的侧刃不会同时参与切削，大大降低单个刀具的承受阻力，减少了断刀现象。
附图说明
图1是需要加工的零部件(第一级复环)的示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的仰视图；
图4是图3的F-F剖视图；
图5是第一级复环在加工时使用的夹具示意图；
图6是图5的右视图；
图7是图6的俯视图；
图8是第一把铣刀示意图；
图9是第二把铣刀示意图
图10是第二把铣刀示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
夹具：
参见5-7所示的加工第一级复环(工件)4所使用的夹具8。利用一面两销的定位原理，将工件4上的两个￠12.7的销孔2及相应的平面3做定位基准，将工件4在夹具上定位。在夹具上一次装夹两个工件4，加工完两个工件4的上面的密封槽后，将两个零件互换一次装夹即可完成反面的密封槽加工。
由于在X方向的面均为圆弧面，为方便对刀，设计对刀块，计算销孔至圆弧面端点的距离，得到对刀块的尺寸，控制对刀面与销孔间的尺寸公差，以此保证加工槽的公差满足产品设计要求，该对刀面为X轴的编程零点，将工件上的设计基准E面作为Y轴的编程零点，端面为Z轴编程零点，
刀具：
参见8-10所示的加工第一级复环所使用的刀具，分别是第一、二、三把铣刀5、6、7。
通常的采用的铣刀是一把直径与槽宽相同的铣刀，来实现加工。但由于该零件的特殊性，难以实现加工。因此在保证槽宽公差±0.102的前提下，本发明采用了三把不同直径不同刃长的刀具分别进行加工。对该深窄槽分三次加工；各次加工的槽体的深度略有不同。第一次加工的槽体所使用的第一把铣刀6的切削刃的长度为5mm，第一次加工的槽体深度为3.6mm。第二次加工的槽体所使用的第二把铣刀7的切削刃的长度为8mm，第二次加工的槽体深度为3.4mm。第三次加工的槽体所使用的第三把铣刀8的切削刃的长度为10mm，第三次加工的槽体深度为2.9mm。参见图7-9，各铣刀切削刃的芯厚沿着从端刃部到柄部的方向是增大的。总的来说，是对该深窄槽分三次加工；下一次在上一次加工的槽体底面上再加工出另一槽体；各槽体的总深度为深窄槽的深度；下一次加工的槽体宽度比上一次加工的槽体宽度略小。
本发明由于合理的分配了不同的切深，避免了第三把刀具的整个工作刃长的侧刃参与切削，大大降低单个刀具的承受阻力，减少了断刀现象。为了增强刚性减少切削阻力，采取了增大前角，缩短刃长，开螺旋槽时采用变芯厚的方式，尽可能增加刀具芯厚提高刚性，试切结果刀具寿命提高了25％。
刀具路径：
  刀具路径   S(r/min)   F(mm/min)   ap(mm)   空刀
  传统路径   分层等高的方式   4000-3500   80-70   0.38-0.28   有
  本发明路径   螺旋式渐降斜插   4500-4000   290-200   0.1-0.07   无
本发明的切削方式是通过刀具斜线进给，逐渐增加ap值，而每层的总切削值又小于分层等高的方式，使得刀具的切削阻力较前大为减少，切削磨损降低。同时没有空刀，减少了切削时间，每把刀都顺利的完成了相应的切削路径，三把刀具总的切削时长由原来的227min减少为218min，这样既延长了刀具的寿命，又提高了切削效率，保证了工件在正常加工时不再出现断刀的现象。
冷却液：
由于材料导热性差，刀具必须得到充分的冷却，以改善切削状态，加工后的铁屑为细碎颗粒，不易排出，通过切削液的压力可以帮助冲刷槽内的铁屑，同时开启气吹，将铁屑完全排出，避免铁屑堵塞造成刀具损坏。
本实施例选用LGMazak NEXUS 510C加工中心进行加工，确保精度及加工的稳定性。设计专用夹具确定合理的定位及装夹，满足加工要求。采用整体硬质合金槽铣刀，表面为TiALN涂层，提高耐磨性，延长刀具使用寿命。利用Mastercam软件编制及优化刀具路径。
通过上述一系列的措施，降低了加工成本，提高了加工效率，很好的保证了加工精度，解决了难切削材料深窄槽的加工难题。

Claims (2)

1. 镍基高温合金的深窄槽加工方法，其特征是：对该深窄槽分三次加工；第一次加工出一定深度的槽体，下一次在上一次加工的槽体底面上再加工出另一槽体；各槽体的总深度为深窄槽的深度；下一次加工的槽体宽度比上一次加工的槽体宽度略小；
各次加工的槽体的深度为深窄槽的深度的3/5-1/5；
第一次加工的槽体所使用的第一把铣刀的切削刃的长度大于第一次加工的槽体深度；第二次加工的槽体所使用的第二把铣刀的切削刃的长度大于第一次和第二次加工的槽体深度和；第三次加工的槽体所使用的第三把铣刀的切削刃的长度大于深窄槽的深度；各铣刀切削刃的芯厚沿着从端刃部到柄部的方向是增大的。
2.如权利要求1所述的深窄槽加工方法，其特征是：镍基高温合金为GH3922镍基高温合金，深窄槽的槽宽2.159mm,槽深9.9mm；第一、二、三把铣刀的切削刃直径分别为2.2mm、2.15mm、2.1mm。
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