● 摘要
镍基高温合金具备优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，但恰是因为这些优良的性能，使得加工高温合金切削力大，加工硬化严重，刀具耐用度低。镍基高温合金是最难加工的工程材料之一。本文利用陶瓷刀具和PCBN刀具对镍基高温合金GH4169进行了铣削加工，研究了切削过程中的切削力及其影响因子、刀具材料的选择及刀具耐用度和陶瓷刀具和PCBN刀具的失效模式和磨损机理。
在切削力实验中，选取了Sialon陶瓷刀具CC6060和PCBN刀具KB91、BNS800作为研究对象，通过设定切削速度、轴向切深和每齿进给量为单因素变量，研究了各个切削参数对铣削力的影响。结果表明切削过程中切削力非常大，陶瓷刀具最大的切削力超过2000N，PCBN刀具最大切削力甚至超过5000N（刀具已严重破损）。从不同的刀具都得出类似的结论：切削力随着速度的增大而减小。三种切削参数中，切削速度对切削力的贡献率最高，其次是轴向切深，最后是每齿进给量。
通过刀具材料的快速选择方法，筛选出最适合镍基高温合金铣削加工的刀具是Sialon陶瓷刀具。刀具耐用度实验表明，在所选刀具中，CC6060陶瓷刀具最适合镍基高温合金的铣削加工。在较高的切削速度条件下，如890m/min和1065m/min，陶瓷刀具耐用度较长。轴向切深过大会导致刀具前刀面材料过早的剥落。当速度低于1000m/min时，PCBN刀具几乎不可用。切削速度的增大有利于减小PCBN刀具和Al2O3/SiCw陶瓷刀具的沟槽磨损。
Al2O3/SiCw陶瓷刀具和PCBN刀具的主要失效形式为沟槽磨损和切削刃崩刃，Sialon陶瓷刀具的主要失效形式是前刀面材料贝壳形片层状剥落。通过扫描电镜和能谱仪的分析，陶瓷刀具和PCBN刀具在切削刃上都发现较多微裂纹和崩刃现象，刀具破损区域材料粘附严重。刀具材料的粘附-撕裂导致刀具的粘结磨损是陶瓷刀具和PCBN刀具铣削镍基高温合金的主要磨损之一。陶瓷刀具的磨损机理还有磨料磨损、化学磨损和扩散磨损。PCBN刀具在刀具表面也发生了材料的相互扩散导致刀具磨损，同时PCBN刀具粘结剂的磨损也是刀具失效的主要原因之一。