某某工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

Inconel 718是一种镍、铬和铁合金，具有特殊的优点，如高温强度、耐热性和耐腐蚀性，这有利于在航空航天工业中广泛使用，特别是在燃气涡轮发动机的高温部分，加工这种合金与材料的固有特性密切相关。

这种镍合金还含有硬质碳化物颗粒夹杂物，颗粒会导致工件材料的加工硬化，从而导致切削工具的磨损，可以说Inconel 718的加工总是受到高机械负荷和热负荷的影响。

其实Inconel 718机加工的一个主要特点是，它能在很宽的切削速度和进给范围内产生锯齿形或分段切屑，现有的研究表明，切屑的锯齿化或剪切局部化会影响加工表面的完整性，也有助于切屑的排出和加工操作的自动化。

因此，研究结论表明锯齿状或分段切屑现象在降低切削力水平方面是可取的，并且详细分析模型和方法以理解Inconel 718的切屑形成机，制对于有效和高效地加工该合金是至关重要的。

同时，镍基高温合金(镍、铁镍、钴基)，进一步细分为锻造合金、铸造合金和粉末冶金合金，由于具有适合极端工作条件的性能和特征，例如优异的机械强度、极好的抗表面降解性以及即使在高温下也具有良好的抗氧化性。

这些合金优于许多其他金属和合金，所以用于加工飞机发动机(主要是燃气轮机)的高达45%-50%(重量百分比)的材料是镍基高温合金，镍合金还用于火箭发动机、宇宙飞船、核反应堆、潜艇和其他涉及550 ℃以上高温的应用中。

除此之外，帮助这些镍合金进入航空航天工业的另一个因素是，主要来自军事公司的竞争，以获得具有更高功率和性能的优秀发动机，同时拥有最小化的重量。

而在镍合金中，Inconel 718约占锻造镍基产品的45%,占铸造镍基产品的25 %，它被广泛用作关键部件，如叶片、圆盘和衬垫，自20世纪60年代以来，Inconel 718已经成为一种标准的镍合金。

因为它具有高温强度、优异的机械性能和优异的耐腐蚀性，生产成本相对较低，因此，在过去几十年中，发表了一些关于Inconel 718加工性能的问章，然而，Inconel 718被认为是最难切削的材料之一。

主要的不良切削性能，形成积屑瘤(BUE)的强烈趋势，导致高切削力的加工硬化行为，由于坚硬的硬质合金颗粒造成的快速刀具磨损，在高温下的强度保持，导致高切削温度的低导热性，以及高硬度。

所有特性使得镍基高温合金极难满足质量和生产要求，正是由于这些固有的特性，加工Inconel 718导致了许多技术和经济问题，所以与钢和铝等其他合金的加工过程相比，该合金的铣削、钻孔和车削以相对较低的切削速度和进给量进行，Inconel 718的实际加工通常需要更多的时间和更高的成本。

更好地理解切屑形成机制在加工工艺规划、表面完整性改善以及产品性能方面起着重要作用，鉴于其重要性，对不同切削条件下切屑形成机理的研究，对于深入了解整个切削过程是必不可少的，深入了解Inconel 718切削加工中的切屑形成机理是非常必要的。

关于芯片的特性和类型，Inconel 718的切屑形态通常取决于工件的性质和切削条件，即切削速度、进给量和刀具几何形状，在相对较低的切削速度下，可以观察到机械连续的切屑，随着速度的增加，切屑形态从连续状态转变为周期性锯齿，锯齿状碎片由两个区域组成，在这两个区域中，芯片内的变形非常不均匀。

一个是图中与相邻线段相关的两个箭头之间的窄带1c、d，其中变形非常高，另一个是图中各个片段内的材料1c、d，其中变形相对较低，值得注意的是，这些变形特征也在其他材料中观察到，如钛合金Ti-6Al-4V和AISI 4340钢。

这导致发生在主剪切带中的剪切局部不稳定性导致相邻段之间强烈集中的剪切带，随着切割速度的进一步增加，相邻段之间的接触面积迅速减小，在更高的切割速度下，碎片中的片段最终被分离，即产生不连续的碎片。

值得一提的是，绝热剪切带内的微观结构在剪切局部切屑形成过程中发生演变，这些现象可通过扫描电子显微镜观察到，正如许多研究中所报道的那样，例如，蔡和戴指出在动态大应变挤压加工过程中，Inconel 718切削时从剪切局部变形、转变与切削速度无关。

Lorentzon等人得出的结论是，在加工时效和锻造合金718时的切屑分割显示出热软化和材料断裂，除Inconel 718外，Wan等人总结出从变形带到变形带和转变带，再到转变带的变化是Ti-6Al-4V加工过程中绝热剪切带的组织演变，Murr等人发现Ti-6Al-4V的绝热剪切带演化伴随着由α′马氏体片晶组成的暗变形带的演化。

段、张27的结论是，在高速加工AISI 1045钢时，低切削速度容易产生变形的绝热剪切带，这通常与剧烈的塑性剪切有关，而高切削速度会导致绝热剪切带的转变，这涉及马氏体板条的再结晶、再取向和伸长。

Inconel 718的切屑形态主要有两种，即连续切屑和周期性锯齿状切屑，对于连续模式，碎片在厚度方向上看起来是均匀的，在这种情况下，倾向于形成长的碎片，应该采取控制方法来防止切屑在切割区域周围堆积。

而对于锯齿状图案，厚度方向的不均匀性非常明显，具体地说，锯齿形切屑内的薄剪切带被大量的片段交替分开，该特征可能是由机床结构的动态响应、切屑中的剪切局部变形或切屑中的断裂引起的，通常连续切屑形成发生在相对低的切削速度和进给下，而锯齿形切屑，也称为“分段切屑”、“锯齿形切屑”和“剪切局部切屑”。

其实限制Inconel 718广泛使用的主要限制之一是传统的机械加工类型，一方面，这种合金具有优异的抗磨性能，但另一方面，它们使其不太适合加工，实际上，许多因素，如工件材料、切割操作的类型、使用的刀具等。

影响实际切削速度和进给，然而，随着技术的进步，切割效率已经提高，例如，根据参考文献，镍基高温合金加工的高速范围大于50米/分钟，但利用计算机控制的车床和基于轻气枪的装置，镍基高温合金Inconel 718的切削速度可达2100 m/min。

其实在低切削速度和进给时，由于其连续的带状形态，切屑控制较差，那可能会纠缠在一起，在高切削速度和进给量下，切屑通常是连续的，但在自由侧有锯齿状的磨边，已广泛研究了分段切屑对Inconel 718切削过程的影响。

虽然剪切局部化产生的锯齿状切屑容易折断，但切屑分割也会影响切削力、温度和表面加工质量，并导致刀具快速磨损，例如，刘等人发现在Inconel 718的正交加工中，机械载荷和热载荷的周期性变化影响切屑的分割。

一方面，从切屑处理的角度来看，剪切局部化切屑或其它类型的周期性，锯齿状切屑是理想的，并且它有助于机械加工操作，涉及切屑回收的其他应用的自动化，另一方面，切屑锯齿的强度随着切削速度的增加而增加。

在高切削速度下，强烈的剪切发生得如此之快，以至于相邻段之间的接触减少并趋于消失，直到形成不连续的切屑，这种不稳定性会导致切削力波动，从而导致振动甚至颤动，在金属切削过程中，这会限制材料去除率，降低表面光洁度并缩短工具寿命。

由于这些原因，许多研究人员研究了切屑的形成机理，以寻求平衡的解决方案，首先认识到局部剪切是一个“灾难性热塑性剪切”过程，这是由于剪切区内材料的软化。

具体来说，当热软化效应超过应变和应变速率硬化效应时，容易发生剪切局部化，从这项工作中，对不同金属对剪切局部化的亲和力进行了排序，但是没有关注切屑图案从连续切屑到剪切局部化切屑的临界切削速度的转变。

但必须强调的是，切屑形成的机理决定了刀具磨损的程度、切削力和温度的大小以及加工表面的完整性，但由于耗时、费力和昂贵的过程，在大范围的切削条件下实验性地研究与Inconel 718相关的加工性能的性质是不切实际的。

为了克服这些缺点，采用新的切割方法是一种可以提供有利帮助的方法，另一个是建立分析和数值模型，并寻求对问题核心的洞察，从而有助于预测和优化切割过程。

而最新的切割方法与传统加工相比，采用了以超高速加工、超声振动辅助加工和磨削加工为主的新方法来辅助切削Inconel 718等难加工材料，切削性能提高并表现出与切屑形成过程相关的明显特征51漫画。

对于超高速加工，叶等34试验研究了切削速度，从0.05 m/s到35.78 m/s变化时Inconel 718切屑的演变规律，建立了表征锯齿形切屑流产生的临界切削速度的表达式，关于Inconel 718超高速加工的文章非常有限。

除此之外，磨削是另一种广泛用于提高表面质量和精度的特殊加工工艺，这一过程有助于排屑，即使对于镍合金等难切削材料，力也很小。

对切削过程中切屑形成机理的研究，基本上是通过实验测量和数值分析进行的，然而，与Inconel 718相关的切屑形成机制不同于钢、铜和铝的切屑形成机制，因为它的独特性质，随着切削速度的增加，Inconel 718的切屑形态发生了明显的变化。

其实在相对较低的切削速度和进给速度下，将转变为锯齿状图案，一旦采用高切削速度和进给，只要局部剪切开始，并穿透整个芯片厚度，芯片的自由端将成为锯齿形，切削速度越高，切屑锯齿强度越大，值得一提的是锯齿状的碎片很容易折断，建立良好的模型来捕捉切屑形态转变的细节对于切削过程的优化尤为重要。

其中数字2和3, Vc是切割速度，t1是未变形的芯片厚度，tc是芯片厚度，w1是切割宽度，wc是芯片的宽度，ϕs是剪切角，α是刀具前角，γ是刀具间隙角，lc是切屑-工具接触长度，tc_max是最大芯片厚度，tc_min是最小芯片厚度，δs是剪切带厚度。

重要的是，Inconel 718具有在高切削速度下产生分段碎片的亲和力，分割的特性常常导致加工不稳定，所以彻底了解芯片分割的特征是重要的，通常主要有两种理论来解释锯齿形切屑的形成，即(I)绝热剪切理论和(ii)周期性裂纹理论51漫画。

其中在锯齿形切屑上，由切屑形成区域中发生的周期性热塑性剪切不稳定性引起，切削过程中的剪切不稳定性是在材料软化效应超过应变和应变速率硬化的组合效应的临界点处，同时，剪切区产生的热量超过了扩散到环境中的热量。

一般来说，一旦出现临界剪切应变，就会出现剪切局部化，这种剪切失稳判据也已用于钛合金和淬火钢等其它难切削金属的研究，由于Inconel 718的低导热率，塑性变形产生的热量通常聚集在狭窄的剪切局部带中，绝热剪切也被称为“局部剪切”、“突变剪切”和“热塑性不稳定性剪切”。

而理论解释了切屑锯齿是由裂纹萌生和扩展，并指出裂纹从切屑的自由表面开始，在主剪切区向刀尖扩展，正是周期性裂纹导致了锯齿形切屑的形成。

在高切削速度下，由于独特的性能，Inconel 718往往会产生锯齿状或分段碎片，导致切削过程中的剪切不稳定性，因此，在实际切削中通常采用保守的切削参数，为了提高效率和效果，已经对切屑形成的机理进行了广泛的研究。