0、引言

高溫合金是指以鐵、鎳、钴為基，能在600℃以上高溫抗氧化或抗腐蝕，并能在一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。其主要特點是含有較多的高熔點、高激活能量合金元素，并具有優良的熱強度、熱穩定及熱疲勞性能。高溫合金廣泛應用于航空、航天、艦船、動力及石油化工行業，是火箭發動機和航空噴氣發動機中的關鍵材料。

GH3039是我國1958年為配合航空發動機的生産而研制的一種新型的固溶強化性鎳基高溫合金，通常用作燃燒室中的火焰筒材料。GH3039具有優異的綜合性能，但切削加工性差，主要表現在切削力大、加工硬化現象明顯、刀具磨損快等方面。

目前，國内外學者對GH4169(Inenel718)、K24等高溫合金材料的切削性能、切削溫度、切屑形成進行了深入研究。然而針對GH3039的銑削加工依然缺乏系統的研究工作，在實際生産時需借鑒其他類型高溫合金材料的生産經驗，限制了實際的加工效率及加工精度，增加了加工成本。為了保證生産的正常進行，對其加工性能進行研究就具有非常重要的意義。

1、切削實驗

1.1實驗材料與刀具

GH3039是一種多元合金，其主要化學成分如表1所示。GH3039高溫合金切削性能較差，為保證表面加工質量，降低加工成本，對其切削加工過程進行分析研究。試樣尺寸為75mm×38mm×34mm。

硬質合金刀具具有良好的韌性和導熱性，已廣泛應用于高溫合金的切削加工。該種材料刀具在切削高溫合金材料時切削速度一般為10～30m/min，當速度超過30m/min時，切削區溫度升高，容易導緻材料軟化和刀刃變形，使刀具失效。

1.2實驗設備及參數

實驗機床為奧地利MC120－60型數控立式加工中心，主軸功率22.5kW，轉速為50～12000r/min。刀具采用直徑為8mm的SANDVIK整體硬質合金立銑刀，刀齒數為3。測試系統采用型号為9257B的三向KISTLER測力儀、型号為5070A的KISTLER多通道電荷放大器及PC－CARD－DAS16/16數據采集系統，如圖1所示。其中，Fx、Fy、Fz分别為軸向力、徑向力和切向力。

1.3實驗方案

在研究GH3039高溫合金銑削性能時，銑削方式為順銑，實驗選取高于常規值的切削參數。銑削方案為:一是針對切削參數(vc，fz，ae)的單因素實驗，分析切削參數對銑削力的影響。切削速度vc取30、40、50、60、70、80m/min，每齒進給量fz取0.02、0.04、0.06、0.08、0.10mm/齒，側吃刀量ae取0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mm;二是4因素4水平正交實驗，如表2所示，其中，ap為背吃刀量。

2、分析

2.1切削參數對銑削力的影響

單因素銑削力測量實驗結果，如圖2所示。根據銑削力曲線可以看出，在銑削過程中Fx與Fy遠大于Fz，其中速度對Fx影響最大，x向銑削力随速度的增加而減小。這是因為随着切削速度的提高，材料的熱軟化等因素造成的。對銑削力特征分析可知，Fy主要反映工件的回彈，随着切削速度的提高，後刀面對已加工表面的擠壓程度随之增加，故在一定程度上會導緻Fy的增加(圖2a)。随着每齒進給量的增加，銑削力均呈增加的趨勢(圖2b)。因為進給量增大，切削厚度增大，所以切削面積增大，力量也随之增大。随着側吃刀量的增加，刀具和工件接觸的圓弧長度增加，使刀具的銑削面積增大，從而刀具和工件間的摩擦力增大(圖2c)。

2.2建立銑削力經驗公式

銑削力經驗模型為:

其中，Kx、Ky、Kz為修正系數。根據表2，采用多元線性回歸分析的方法，建立GH3039材料銑削力經驗公式。應用多元線性回歸法進行拟合，可得出指數形式銑削力公式:

為驗證公式(1)的準确性，選取4組數據進行校驗，結果如表3所示。經計算，Fx和Fy的平均相對誤差分别為9.76%和9.83%，兩者均小于10%，說明理論公式預測值同實驗測量值符合的較好，因此，x、y方向銑削力經驗公式在當前的加工條件下是适用的。Fz平均相對誤差δz為80.02%，遠遠大于10%，因此，z向銑削力經驗公式不适合當前的加工條件，因z向銑削力比x、y向銑削力小很多，在實際加工中可将其忽略。

3、結束語

通過銑削實驗對高溫合金GH3039進行了分析探讨，得到了GH3039銑削力随切削參數變化的規律，建立了銑削力的經驗公式，并進行了實驗驗證，實驗結果為進一步研究GH3039刀具磨損、切屑形态等提供了理論和實踐基礎。

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