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摘要：镍基高温合金在整个高温合金领域占有非常重要的地位，它广泛应用于航空喷气发动机、各种工业燃气轮机等热端部件的制造。镍基高温合金Inconel718和镍基粉末高温合金FGH95作为镍基高温合金的代表，具有镍基高温合金的典型特点，在航空航天零部件制造中具有广泛的应用。随着航空航天工业对镍基高温合金Inconel718和FGH95零件加工质量和加工生产率要求的提高，应用高速加工获得高质量的加工表面已经成为目前的研宄重点。
关键词：镍基高温合金；高速铣削加工；便面完整性
一、试验条件及过程
工件材料选择镍基高温合金Inconel718和镍基粉末高温合金FGH95，为实现正交切削，将工件制成的2mm厚的薄片，并采用专用夹具将其安装在洗床工作台上，采用ACE-500三轴数控洗床，主轴最高转速为。刀盘采用SNHX12L5PZFNGEKC510M盘型洗刀，刀具为涂层硬质合金刀片，安装两个刀片进行顺铣干切削，为消除刀具磨损对加工表面完整性的影响，每次切削均采用新刀片。
此次试验固定轴向切削深度为2mm，固定每转进给量0.02mm，切削速度依次选择800，1200，1600，2000，2400，2800，3200，3600，4000m/min，收集每次切削加工后的切屑，采用超景深显微镜观察切屑形貌。采用电火花线切割将已加工试样含已加工表面部分切割，先观察已加工表面粗糙度，然后制备金相试样并进行腐蚀，腐蚀剂配比为盐酸100mL，酒精100mL，氯化铜5g。采用扫描电镜对断面微观组织进行观察。
二、试验结果及分析
高速铣削加工FGH95当切削速度低于2000m/min时，已加工表面的表面粗糙度随切削速度的提高变化不大，当切削速度为2000-3200m/min时随着切削速度的提高，表面粗糙度不断增大，表面粗糙度在切削速度为3200m/min时达到最大值。然而，当切削速度超过3200m/min时，表面粗糙度反而随着切削速度的提高而减小。高速铣削加工Inconel718表面粗糙度随切削速度变化的趋势与FGH95相同，当切削速度超过2800m/min时，表面粗糙度随着切削速度的提高而减小。
在较低的切削速度范围内（800-2000m/min），切削加工FGH95与Inconel718所得表面粗糙度相差不大，并且表面粗糙度都随切削速度的提高变化不大。但是当切削速度超过2000m/min时，随着切削速度的提高，FGH95和Inconel718表面粗糙度都不断增加，并且高速铣削加工FGH95表面粗糙度的增加幅度要大于Inconel718表面粗糙度的增加幅度。在较高的切削速度范围内（>2000m/min），高速铣削加工FGH95的表面粗糙度要大于Inconel718的表面粗糙度。
三、高速铣削加工对表面完整性影响
（一）、表面残余应力
铣削过程中，残余应力的产生主要与切削力、热载荷以及材料内部微观结构等因素有密切关系。切削过程中刀具接触点前方区域的“塑形凸出”效应会使已加工表面产生残余拉应力，而刀具后刀面对工件表面的“挤光效应”会使已加工表面产生残余压应力。切削过程中产生的切削热会使加工表面层材料膨胀，当工件冷却时，由于表层材料受到内部材料的约束，不能自由收缩，在表面层会产生残余拉应力。根据切削条件和材料性能不同，已加工表面可能产生拉应力或者压应力两种状态。
由实验可以看出铣削加工之后，镍基高温合金表面均呈现出压应力，总体范围在-190～-500MPa之间。可以得出结论：在镍基高温合金铣削过程中，刀具后刀面与已加工表面的挤光效应对残余应力的产生起主导作用。
（二）、高速铣削方式对表面粗糙度的影响
高速铣削加工主要有两种加工方式，一是顺铣，二是逆铣。在逆铣加工时，切屑的厚度是由薄变厚，切削厚度变化引起的铣削力波动会对加工表面粗糙度产生一定影响，当轴向切深较小时，随着铣削力的减小，铣削力波动对加工表面粗糙度的影响也随之减小，因此，随着轴向切深的减小，表面粗糙度Ra值呈下降趋势。刀刃接触工件时，摩擦就会变大，容易引起振动，逆铣时的摩擦效应引起振动，在拐角处产生振纹，从而影响零件表面粗糙度。顺铣加工时，切屑的厚度是由厚变薄的，但切削力要大于逆铣，摩擦效应较小，但顺铣加工对刀具和工件的冲击力都比较大，在加工不锈钢工件时，最好能缩短刀具悬伸长度，这样能保证较好的表面粗糙度。
（三）、不同铣刀对表面粗糙度的影响
1、立铣刀对表面粗糙度的影响
高速铣削加工过程中，用立铣刀加工曲面时，由于刀具存在刀轴倾角，刀痕在切削行间形成了残留高度，残留高度越大，表面粗糙度值就越大，所以可以适当减小后角大小，降低残留高度，降低表面粗糙度值。
2、球头铣刀对表面粗糙度的影响采用球头刀高速铣削加工时，铣刀切削层参数不随着刀具姿势的变化而变化，球头刀具对表面粗糙度影响主要体现在切削速度的变化上。切削速度增大时，温度变化，前刀面会形成月牙洼，从而影响表面质量。充分研究切削刀具形状跟切削力，刀具材料及寿命之间的关系，能优选出适合高速铣削，提高表面质量的刀具切削姿态。
（四）、切削速度对切屑锯齿化的影响
高速铣削加工FGH95和Inconel718高温合金时，切屑出现了明显的锯齿化现象，并且随着切削速度的提高，锯齿化程度不断加剧。这说明由于镍基高温合金的导热系数较低，在高速铣削加工时在应变率超过一定值后，由于塑性变形功产生的热量不能得到及时传导，在首先发生塑性屈服的局部区域聚集的大量热量对该局部区域产生的热软化效应超过其加工硬化效应，使该局部区域强度下降，形成变形较大的塑性变形带，即热塑剪切带，进而形成锯齿状切屑。并且切削速度越高，剪切变形越集中，热塑剪切带越窄。当切削速度提高到一定程度时，锯齿状基体屑片间连续面积随着剪切带开裂而减小，直至完全分裂分离。
结束语
随着航空航天事业的发展，镇基高温合金在航空航天等领域得到越来越广泛的应用，但是随之而来的是对镍基高温合金表面完整性的要求也越来越高。高速铣削工艺参数控制是否合适是控制表面质量的关键。高速铣削参数对表面粗糙度的影响顺序分别是冷却形式、切削深度、进给速度、主轴转速，所以要想获得较好的表面粗糙度，可以在选择选择较高的转速，较低的进给速度，小的切深，采用油雾冷却的方式，来获取较好的表面粗糙度，但是高速加工主要是提升切削效率，效率的提升主要是提升进给速度和切削深度。因此，在采用高速铣削加工时要在表面粗糙度合理的范围中，尽可能提高进给速度和切深。高速铣削加工对表面粗糙度的研究还需要经给大量的实验和数据来研究，让高速切削加工为机械加工发挥更加重要的作用。
参考文献
[1]张海军，黄燕华，袁光辉，等. 微靶零件微铣削毛刺实验研究[J]. 制造技术与机床， 2012（ 7） ： 134 - 138.
[2]毛萍丽， 李红军， 耿新， 等. 碳、铌对Inconel718 合金熔覆层组织与性能的影响[J]. 沈阳工业大学学报， 2007， 29（2）：144?148.
关键词：镍基高温合金；高速铣削加工；便面完整性
一、试验条件及过程
工件材料选择镍基高温合金Inconel718和镍基粉末高温合金FGH95，为实现正交切削，将工件制成的2mm厚的薄片，并采用专用夹具将其安装在洗床工作台上，采用ACE-500三轴数控洗床，主轴最高转速为。刀盘采用SNHX12L5PZFNGEKC510M盘型洗刀，刀具为涂层硬质合金刀片，安装两个刀片进行顺铣干切削，为消除刀具磨损对加工表面完整性的影响，每次切削均采用新刀片。
此次试验固定轴向切削深度为2mm，固定每转进给量0.02mm，切削速度依次选择800，1200，1600，2000，2400，2800，3200，3600，4000m/min，收集每次切削加工后的切屑，采用超景深显微镜观察切屑形貌。采用电火花线切割将已加工试样含已加工表面部分切割，先观察已加工表面粗糙度，然后制备金相试样并进行腐蚀，腐蚀剂配比为盐酸100mL，酒精100mL，氯化铜5g。采用扫描电镜对断面微观组织进行观察。
二、试验结果及分析
高速铣削加工FGH95当切削速度低于2000m/min时，已加工表面的表面粗糙度随切削速度的提高变化不大，当切削速度为2000-3200m/min时随着切削速度的提高，表面粗糙度不断增大，表面粗糙度在切削速度为3200m/min时达到最大值。然而，当切削速度超过3200m/min时，表面粗糙度反而随着切削速度的提高而减小。高速铣削加工Inconel718表面粗糙度随切削速度变化的趋势与FGH95相同，当切削速度超过2800m/min时，表面粗糙度随着切削速度的提高而减小。
在较低的切削速度范围内（800-2000m/min），切削加工FGH95与Inconel718所得表面粗糙度相差不大，并且表面粗糙度都随切削速度的提高变化不大。但是当切削速度超过2000m/min时，随着切削速度的提高，FGH95和Inconel718表面粗糙度都不断增加，并且高速铣削加工FGH95表面粗糙度的增加幅度要大于Inconel718表面粗糙度的增加幅度。在较高的切削速度范围内（>2000m/min），高速铣削加工FGH95的表面粗糙度要大于Inconel718的表面粗糙度。
三、高速铣削加工对表面完整性影响
（一）、表面残余应力
铣削过程中，残余应力的产生主要与切削力、热载荷以及材料内部微观结构等因素有密切关系。切削过程中刀具接触点前方区域的“塑形凸出”效应会使已加工表面产生残余拉应力，而刀具后刀面对工件表面的“挤光效应”会使已加工表面产生残余压应力。切削过程中产生的切削热会使加工表面层材料膨胀，当工件冷却时，由于表层材料受到内部材料的约束，不能自由收缩，在表面层会产生残余拉应力。根据切削条件和材料性能不同，已加工表面可能产生拉应力或者压应力两种状态。
由实验可以看出铣削加工之后，镍基高温合金表面均呈现出压应力，总体范围在-190～-500MPa之间。可以得出结论：在镍基高温合金铣削过程中，刀具后刀面与已加工表面的挤光效应对残余应力的产生起主导作用。
（二）、高速铣削方式对表面粗糙度的影响
高速铣削加工主要有两种加工方式，一是顺铣，二是逆铣。在逆铣加工时，切屑的厚度是由薄变厚，切削厚度变化引起的铣削力波动会对加工表面粗糙度产生一定影响，当轴向切深较小时，随着铣削力的减小，铣削力波动对加工表面粗糙度的影响也随之减小，因此，随着轴向切深的减小，表面粗糙度Ra值呈下降趋势。刀刃接触工件时，摩擦就会变大，容易引起振动，逆铣时的摩擦效应引起振动，在拐角处产生振纹，从而影响零件表面粗糙度。顺铣加工时，切屑的厚度是由厚变薄的，但切削力要大于逆铣，摩擦效应较小，但顺铣加工对刀具和工件的冲击力都比较大，在加工不锈钢工件时，最好能缩短刀具悬伸长度，这样能保证较好的表面粗糙度。
（三）、不同铣刀对表面粗糙度的影响
1、立铣刀对表面粗糙度的影响
高速铣削加工过程中，用立铣刀加工曲面时，由于刀具存在刀轴倾角，刀痕在切削行间形成了残留高度，残留高度越大，表面粗糙度值就越大，所以可以适当减小后角大小，降低残留高度，降低表面粗糙度值。
2、球头铣刀对表面粗糙度的影响采用球头刀高速铣削加工时，铣刀切削层参数不随着刀具姿势的变化而变化，球头刀具对表面粗糙度影响主要体现在切削速度的变化上。切削速度增大时，温度变化，前刀面会形成月牙洼，从而影响表面质量。充分研究切削刀具形状跟切削力，刀具材料及寿命之间的关系，能优选出适合高速铣削，提高表面质量的刀具切削姿态。
（四）、切削速度对切屑锯齿化的影响
高速铣削加工FGH95和Inconel718高温合金时，切屑出现了明显的锯齿化现象，并且随着切削速度的提高，锯齿化程度不断加剧。这说明由于镍基高温合金的导热系数较低，在高速铣削加工时在应变率超过一定值后，由于塑性变形功产生的热量不能得到及时传导，在首先发生塑性屈服的局部区域聚集的大量热量对该局部区域产生的热软化效应超过其加工硬化效应，使该局部区域强度下降，形成变形较大的塑性变形带，即热塑剪切带，进而形成锯齿状切屑。并且切削速度越高，剪切变形越集中，热塑剪切带越窄。当切削速度提高到一定程度时，锯齿状基体屑片间连续面积随着剪切带开裂而减小，直至完全分裂分离。
结束语
随着航空航天事业的发展，镇基高温合金在航空航天等领域得到越来越广泛的应用，但是随之而来的是对镍基高温合金表面完整性的要求也越来越高。高速铣削工艺参数控制是否合适是控制表面质量的关键。高速铣削参数对表面粗糙度的影响顺序分别是冷却形式、切削深度、进给速度、主轴转速，所以要想获得较好的表面粗糙度，可以在选择选择较高的转速，较低的进给速度，小的切深，采用油雾冷却的方式，来获取较好的表面粗糙度，但是高速加工主要是提升切削效率，效率的提升主要是提升进给速度和切削深度。因此，在采用高速铣削加工时要在表面粗糙度合理的范围中，尽可能提高进给速度和切深。高速铣削加工对表面粗糙度的研究还需要经给大量的实验和数据来研究，让高速切削加工为机械加工发挥更加重要的作用。
参考文献
[1]张海军，黄燕华，袁光辉，等. 微靶零件微铣削毛刺实验研究[J]. 制造技术与机床， 2012（ 7） ： 134 - 138.
[2]毛萍丽， 李红军， 耿新， 等. 碳、铌对Inconel718 合金熔覆层组织与性能的影响[J]. 沈阳工业大学学报， 2007， 29（2）：144?148.