PCBN刀具高速切削鎳基高溫合金GH4169的有限元模擬

胡自化，李 暢，楊志平，2，羅 勝，2，陳小告

（1.湘潭大學機械工程學院，湘潭411105；2.株洲鉆石切削刀具股份有限公司，株洲412000）

0 引 言

鎳基高溫合金是目前產量最大、使用最為廣泛的高溫合金，主要用于航空航天領域中在950～1 050℃高溫下工作的結構部件，如航空發動機的渦輪葉片、渦輪盤、燃燒室等［1-2］。然而，鎳基高溫合金是公認的典型難加工材料［3］。

PCBN（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，聚晶立方氮化硼）刀具是典型的超硬刀具，具有高的硬度、耐熱性、化學穩定性等，其硬度和導熱性僅次于金剛石，在大氣中加熱到1 000℃也不發生氧化［4］。它在高速切削高溫合金等難加工材料時，較硬質合金等刀具的磨損程度更低，且切削加工質量及效率更高，是加工鎳基高溫合金的理想刀具之一。然而，若切削參數選擇不合適，則易造成崩刃；此外，PCBN刀具的價格較昂貴，所以其應用并不是特別廣泛。通過切削加工的有限元模擬能獲得切削溫度、應力、應變等諸多通過試驗難以獲得的參數，不僅對制定合理的加工工藝有很大幫助，而且還可以有效節約試驗時間，降低試驗成本［5-8］。

GH4169合金是鎳基高溫合金中應用最多的一種，為給PCBN刀具高速切削此合金的加工工藝制定提供參考，作者首先通過切削正交試驗，研究了切削參數對切削力的影響，建立了切削力的經驗預測公式，為PCBN刀具高速切削GH4169合金的參數選擇和優化提供參考和依據；然后根據試驗參數，基于Deform-3D軟件建立了切削過程的有限元模型，并模擬得到了切削力、切削溫度及應力場分布，并以切削力為指標對該模型進行了試驗驗證。……