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GH4169和K4169切削加工性能对比研究

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机械设计与制造 2023年第12期394卷 71-75页

作者：康宁孙剑飞黄顺北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心北京100191

GH4169与K4169分属变形镍基高温合金和铸造镍基高温合金,具有不同的成型工艺和热处理状态。开展了非涂层硬质合金刀具干切削GH4169和K4169的对比试验,从切削力、刀具磨损方面揭示了两种材料加工性能的差异,从力学性能及显微组织两方面... 详细信息

GH4169与K4169分属变形镍基高温合金和铸造镍基高温合金,具有不同的成型工艺和热处理状态。开展了非涂层硬质合金刀具干切削GH4169和K4169的对比试验,从切削力、刀具磨损方面揭示了两种材料加工性能的差异,从力学性能及显微组织两方面解释了差异产生的原因。结果表明,试验各组参数下,两种材料切削力无显著差别;随着切削速度和进给量的增加,切削GH4169时刀具磨损形式由刀尖磨损过渡到后刀面均匀磨损最后转变成沟槽磨损,切削K4169时刀具失效形式主要为后刀面均匀磨损和沟槽磨损,并未出现严重的刀尖磨损,K4169组织中的C化物等硬质点是导致其切削力波动较大及刀具产生沟槽磨损的主要原因。

关键词：镍基高温合金切削加工性能切削力刀具磨损

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非调质12Mn2VBS钢切削加工性能研究

新技术新工艺 2002年第10期 18-19页

作者：周贤良周云军华小珍张建云唐新民南昌航空工业学院 330034 江铃汽车股份有限公司 330046

对非调质钢 1 2 Mn2 VBS与调质钢 45、40 Cr进行了切削加工性能对比试验 ,试验得出的结论为 :1 2 Mn2 VBS钢有更好的切削加工性能 ,用其制造汽车前轴及转向节比用后者更能节省刀具 ,更有利于劳动生产率的提高。

关键词： 12Mn2VBS 切削加工性能含硫量非调质钢

超声辅助铣削FeCoNiCrMn高熵合金切削加工性能及表面质量研究

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超声辅助铣削FeCoNiCrMn高熵合金切削加工性能及表面质量研究

作者：张原斌齐鲁工业大学

学位级别：硕士

自叶均蔚2004年提出高熵合金概念以来,高熵合金就引起了全球学者的研究热潮。高熵合金相较于传统合金拥有优异的性能,例如高硬度、高比强度、高抗冲击性能、高耐磨性和高耐腐蚀性等。目前,已经开发了多种合金体系,主要为5-7组主元的高... 详细信息

自叶均蔚2004年提出高熵合金概念以来,高熵合金就引起了全球学者的研究热潮。高熵合金相较于传统合金拥有优异的性能,例如高硬度、高比强度、高抗冲击性能、高耐磨性和高耐腐蚀性等。目前,已经开发了多种合金体系,主要为5-7组主元的高熵合金,其中FeCoNiCrMn高熵合金作为最早被定义为高熵合金的体系,在近年来得到了深入系统的研究。但是在高熵合金的切削加工时,已加工表面带有较多的划痕、有明显的加工硬化现象,导致表面质量较差,同时加工时刀具磨损严重。超声振动辅助切削具有切削过程中刀/件、刀/屑相分离、冲击等特性,使其在加工过程中有利于降低切削力、改善切屑形成、提高表面完整性,因此采用超声振动辅助铣削方法可解决高熵合金加工过程中产生的问题,为高熵合金的广泛应用打下基础。本研究以FeCoNiCrMn高熵合金作为研究对象,选取三种不同刀具对其进行加工,研究FeCoNiCrMn高熵合金的可加工性能,分析刀具-工件材料之间的匹配性能和刀具的使用寿命,择优选取适合加工该高熵合金的刀具,进而以该刀具进行切削正交试验确定最优加工参数和振动参数,并分析工艺参数对表面质量的影响。主要研究内容如下:首先,选择三种市面上预计适合加工该材料的立铣刀,以相同的工艺参数进行加工实验,对比研究了三种刀具加工FeCoNiCrMn高熵合金的切削力、切削温度、切屑、表面粗糙度、表面形貌、硬度等。研究表明TiAlN涂层刀具相较于TiAlCr N和超细晶刀具在铣削FeCoNiCrMn高熵合金时切削力、切削温度、表面粗糙度加工硬化现象均最低。TiAlN涂层刀具在加工FeCoNiCrMn高熵合金时具有相对优势。进而,采用TiAlN涂层刀具以正交实验的方式研究了不同切削参数和振动参数对加工FeCoNiCrMn高熵合金切削加工性能的影响。发现切削深度对切削温度的影响最大,超声振动可以起到降低切削温度的作用,主轴转速对刀具磨损量的影响最大,高转速将加剧刀具的磨损,施加超声振动可以减小铣削过程的刀具磨损速度,其中对于TiAlN涂层刀具铣削FeCoNiCrMn高熵合金时主要发生粘结磨损,引入超声振动可以缓解加工硬化现象,主轴转速对切屑长度的影响最大,转速越大切屑的长度越小,转速过高将减小单一切削循环中切削刃的切削厚度,不利于切屑的生长,施加超声振动将会使切屑非自由表面产生密集的褶皱,施加中等水平的超声振动可以减小切削力。最后,对正交实验获取的表面质量进行了进一步研究。研究表明表面粗糙度受每齿进给量的影响最大,进给量增大将增大切削过程的不稳定性导致粗糙度变大,施加振幅中等水平的超声振动有助于减小表面粗糙度水平,主要是由于其增加了切削过程的稳定性,超声振动对表面织构体积的影响超过了其对表面粗糙度的影响,中等水平的转速可以得到较小的表面织构体积,施加超声振动可以在传统铣削形成的表面织构上产生小的波纹,但是高的主轴转速,将使得这个效果不再明显,施加超声振动还可以减小加工过程表面缺陷的产生,超声振动对表面接触角有着很大的影响,主要是因为超声振动辅助铣削会有助于形成有规律的加工表面的表面形貌。综合考虑加工效率与加工质量,采用n=6000r/min,f=6μm/z,ap=0.15mm,A=6μm该组参数加工最好。

关键词：超声振动辅助铣削高熵合金切削加工性能正交实验表面质量

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合金钢切削加工性能的实验研究

合金钢切削加工性能的实验研究

作者：李毅沈阳理工大学

学位级别：硕士

本课题以表面粗糙度、切削力、切削温度和切削振动作为评价合金钢切削性能的指标,探讨了切削用量对GCr15和40CrNiMoA两种合金钢切削加工性能的影响规律,寻找出最佳的切削用量。研究结果如下:随着切削速度的增大,GCr15和40CrNiMoA两种合... 详细信息

本课题以表面粗糙度、切削力、切削温度和切削振动作为评价合金钢切削性能的指标,探讨了切削用量对GCr15和40CrNiMoA两种合金钢切削加工性能的影响规律,寻找出最佳的切削用量。研究结果如下:随着切削速度的增大,GCr15和40CrNiMoA两种合金钢的表面粗糙度均先增大后减小;GCr15和40CrNiMoA合金钢的表面粗糙度均会随着进给量和切削深度的增大而逐渐增大。综合来看:进给量对表面粗糙度的影响最大,其次为切削深度;在相同的切削条件下,GCr15合金钢的表面粗糙度值普遍偏小;切削速度对切削温度的影响最明显。随着进给量的增大,GCr15合金钢和40CrNiMoA合金钢的切削力均增大;随着切削深度的增大,GCr15和40CrNiMoA两种合金钢切削力逐渐增大;切削速度对两种合金钢材料的切削力没有显著的影响规律,但从频域角度来看可以发现切削速度的升高会使切削力波动剧烈,降低材料的切削加工性能。综合来看:进给量对合金钢的切削力影响最大,其次为切削深度;在相同切削条件下,GCr15合金钢的切削力较大,40CrNiMoA合金钢切削力较小,切削性能较好。通过在前人的公式基础上继续推导分析可知,切削力频率与锯齿形切屑频率相同且是同步变化的,当切削速度增加时,锯齿形切屑频率增大,切削力变化剧烈,最终导致系统发生振动,降低了材料的切削加工性能。用合金钢的切削实验结果与分析相结合,发现振动加速度的确随着切削速度的增大有变大的趋势,与分析的结论一致。随着切削速度的增大,GCr15和40CrNiMoA两种合金钢的振动加速度均先增大后减小;随着进给量的增大,GCr15合金钢和40CrNiMoA合金钢的振动加速度均增大;随着切削深度的增大GCr15和40CrNiMoA两种合金钢材料的振动加速度均逐渐增大;从频域方面来看,GCr15和40CrNiMoA两种合金钢的振动加速度均随着切削深度和进给量的增大而增大,且GCr15的振动加速度幅值普遍大于40CrNiMoA合金钢,切削性能较差。

关键词：切削加工性能表面粗糙度切削力振动加速度切削温度

奥氏体回火温度对等温淬火球墨铸铁（ADI）高速切削加工性能的影响研究

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奥氏体回火温度对等温淬火球墨铸铁（ADI）高速切削加工性能的影...

作者：吴少华苏州大学

学位级别：硕士

等温淬火球墨铸铁(Austempering Ductile Iron,以下简称ADI)是一种新型的耐磨、难加工的球铁材料。本篇论文结合现有ADI材料的生产情况,选取一定范围的奥氏体回火温度,制备一系列试样并测定力学性能,分析和比较其金相组织。通过高速切... 详细信息

等温淬火球墨铸铁(Austempering Ductile Iron,以下简称ADI)是一种新型的耐磨、难加工的球铁材料。本篇论文结合现有ADI材料的生产情况,选取一定范围的奥氏体回火温度,制备一系列试样并测定力学性能,分析和比较其金相组织。通过高速切削试验,比较研究了陶瓷刀具与立方氮化硼刀具高速干式切削不同性能的ADI材料时刀具磨损形态和磨损机理,探讨奥氏体回火温度对ADI高速切削时加工材料——刀具材料——切削用量——表面粗糙度之间的关系;基于微粒群算法建立ADI高速切削过程中工件表面粗糙度与切削参数之间的理论模型,分析其影响规律,优化切削参数,为高速切削加工ADI的最佳生产工艺提供理论指导。试验表明,通过改变奥氏体回火温度等热处理参数,ADI能获得各种不同的优良的机械性能;采用陶瓷刀具、立方氮化硼刀具实施高速硬车削工艺,可改变传统切削——淬硬——磨削制造工艺,有效提高工件疲劳强度和生产率、降低能量消耗。运用微粒群算法建立工件表面粗糙度与切削参数之间的理论模型,可以对工件表面粗糙度进行有效预测。这对优化ADI材料制备过程中的工艺参数——奥氏体回火温度,对探讨成本较低的“以车代磨”工艺、推动立方氮化硼和陶瓷高硬刀具的应用与发展等有着重要的参考价值和积极的作用。

关键词：奥氏体回火温度和时间高速干式切削等温淬火球铁(ADI) 切削加工性能

激光能量密度对3540Fe基合金熔覆层机械性能及切削加工性能的影响研究

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激光能量密度对3540Fe基合金熔覆层机械性能及切削加工性能的影响...

作者：施晓帅青岛理工大学

学位级别：硕士

激光熔覆技术凭借其高效、绿色的特点在再制造领域受到了广泛的关注,成功用于零件损伤表面的修复。损伤件表面的激光熔覆涂层使其表面机械性能得到显著改善,但熔覆层相较于基体材料的切削加工性能也随之改变,激光工艺参数对熔覆层切削... 详细信息

激光熔覆技术凭借其高效、绿色的特点在再制造领域受到了广泛的关注,成功用于零件损伤表面的修复。损伤件表面的激光熔覆涂层使其表面机械性能得到显著改善,但熔覆层相较于基体材料的切削加工性能也随之改变,激光工艺参数对熔覆层切削加工性能的影响规律与影响机理还有待研究。本文选择42Cr Mo钢作为基体材料,3540Fe+1.2%Ce O作为熔覆粉末材料,以优化熔覆层机械性能及切削加工性能为目标,探究多道搭接3540Fe基合金熔覆层在不同铣削速度下的切削行为,揭示激光能量密度对熔覆层机械性能及切削加工性能的影响规律和作用机理。首先根据BBD实验方案设计并开展不同工艺参数下的激光熔覆实验,基于响应面法建立激光工艺参数与熔覆层性能的预测模型。以显微硬度和宽高比为条件对预测模型进行实验验证,结果显示熔覆层显微硬度和宽高比的预测模型误差分别为7.14%和2.74%,表明预测模型的准确程度较高。通过响应曲面分析可知,激光功率对熔宽和显微硬度的影响最大,扫描速度对熔高和宽高比的影响最大,光斑直径对熔池深度和稀释率的影响最大。其次开展不同激光能量密度下的激光熔覆多道搭接实验,对多道搭接熔覆层宏观形貌、截面形貌及机械性能测试,探究激光能量密度对熔覆层形貌及机械性能的影响规律。研究结果发现,激光能量密度对熔覆层整体宏观形貌的影响程度较低,却对熔覆层表面平整度产生了一定的影响,较大的激光能量密度可以获得相对平缓的熔覆层。激光能量密度的增大将导致熔覆层内部晶粒组织粗大,但不会影响晶粒的种类,也没有对物相组成造成影响。由于晶粒组织的增大,熔覆层硬度随激光能量密度的增加而呈现下降趋势,耐磨性也随之减弱。然后采用不同铣削速度对不同激光能量密度下的熔覆层进行铣削加工实验,对加工过程中的切削力、刀具磨损、已加工表面粗糙度和显微硬度进行测试,研究铣削速度对熔覆层切削加工性能的影响规律。研究结果表明,不同激光能量密度下的熔覆层随铣削速度增大,切削力的变化趋势基本相同,刀具的磨损情况逐渐加重,主要磨损形式为划痕和凹坑,主要磨损机理为磨粒磨损和粘结磨损,已加工表面粗糙度先降低后增大。采用较小的激光能量密度所制备的涂层,铣削速度的增大会降低已加工表面的显微硬度值,采用较大的激光能量密度所制备的涂层,已加工表面显微硬度值的变化趋势则会完全相反。最后,鉴于不同熔覆层随铣削速度的改变其切削加工性能变化趋势的不同,对不同激光能量密度制备的熔覆层进行铣削加工实验,测试铣削加工过程中的切削力、刀具磨损、已加工表面粗糙度和显微硬度,研究激光能量密度对熔覆层切削加工性能的影响规律。对不同熔覆层铣削力的测量研究发现,采用较低的铣削速度进行加工时,铣削力随激光能量密度的增大波动较大,而采用较高的铣削速度加工时,铣削力随激光能量密度的增大基本保持稳定。对不同熔覆层加工使用的刀具后刀面观察研究发现,激光能量密度的增大有效减缓了刀具的磨损,刀具主要的磨损机理为磨粒磨损。对不同熔覆层已加工表面粗糙度和显微硬度的测量研究表明,低速铣削时,激光能量密度的增大将使得已加工表面显微硬度值减小、粗糙度值减小,当铣削速度增大之后,激光能量密度对已加工表面显微硬度和粗糙度产生的影响逐渐减弱。

关键词：激光熔覆激光能量密度机械性能铣削切削加工性能

热处理工艺参数对等温淬火球墨铸铁切削加工性能影响的研究

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热处理工艺参数对等温淬火球墨铸铁切削加工性能影响的研究

作者：王持红苏州大学

学位级别：硕士

等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron,简称ADI)是一种新型球铁材料,因具有强硬度高、塑韧性好、综合性能优良等特点被广泛地应用到航天、船舶、车辆和重工业领域,并产生了显著的经济和社会效益。ADI优异的综合力学性能归功于对... 详细信息

等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron,简称ADI)是一种新型球铁材料,因具有强硬度高、塑韧性好、综合性能优良等特点被广泛地应用到航天、船舶、车辆和重工业领域,并产生了显著的经济和社会效益。ADI优异的综合力学性能归功于对球墨铸铁所采用的等温淬火热处理工艺,尤其是等温淬火温度和等温淬火时间对其性能的影响。但是,在材料性能得到显著提升的同时,热处理过程也导致了切削加工过程中加工难的问题,如刀具刃口受到更高的应力,刀面因与高硬度、高耐磨性切屑摩擦导致磨损更大,严重影响ADI材料产品在更多领域的广泛应用(这种情况在我国尤为严重)。本研究结合国内外ADI研究现状选定奥氏体化温度为900℃、奥氏体化时间为1.5h,针对等温淬火温度为250℃、300℃、350℃、淬火时间是1、2、3h,并在美国Applied Process热处理公司采用“单一温度等温淬火”工艺对水平连铸球铁进行热处理得到九组不同性能ADI材料,其力学性能达到标准等级ASTM 2 ASTM 4,测定各组ADI材料力学性能,并分析和比较其金相组织。本研究选用Sandvik公司生产陶瓷CC6050、立方氮化硼CB7025和硬质合金GC2025切削刀具对各组ADI材料进行干式精车切削实验,首次全面系统地分析等温淬火温度和淬火时间对ADI材料切削加工过程中切削刀具磨损——切削力——表面粗糙度的影响,为以后ADI材料的制备提供科学热处理参数依据,为ADI材料的切削加工提供合理的切削用量。本文研究内容具体如下: 1.采用三种切削刀具分别车削加工九组ADI材料,记录切削加工过程中刀具后刀面磨损变化,分析淬火温度和时间、刀具材料对后刀面磨损的影响;采用S-4700扫描电镜观察切削加工后各切削刀具的刀面磨损形貌(前刀面和后刀面),分析各切削刀具的磨损机理,并介绍一种基于小波理论的超声刀具磨损监测方案。 2.在切削加工过程中采用Kistler测力系统测量不同切削刀具切削各组ADI材料的切削力的变化,分析淬火温度和时间、切削刀具、加工硬化层对切削力的影响;采用正交实验探讨切削用量三因素对切削力影响的显著性,并采用单因素法分别分析各切削用量对切削力的影响,观测切屑形态随切削用量的变化。 3.采用2205型表面粗糙度测量仪测量各切削刀具加工后工件的表面粗糙度,分析淬火温度和时间、切削刀具材料和切削用量三要素对工件表面粗糙度的影响。 4.采用微粒群优化算法建立切削力和工件表面粗糙度随切削用量变化的预测模型;采用Matlab Fuzzy Logic模糊推理工具建立切削力与淬火温度和淬火时间的模糊推理模型结果表明:本文对切削刀具刀面磨损、切削力、表面粗糙度的实验性研究为ADI材料的高质量、高效率、低成本生产提供了理论参考;等温淬火温度和时间与切削力的模糊推理模型为热处理工艺参数的设定提供了理论依据;切削力和表面粗糙度随切削用量变化的预测模型为切削加工切削用量的选择提供了科学依据,在实际加工过程中能有效预测切削力的大小和工件的表面质量。

关键词：等温淬火球墨铸铁(ADI) 切削加工性能刀具磨损切削力表面粗糙度

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LD冷作模具钢的切削加工性能研究

LD冷作模具钢的切削加工性能研究

作者：刘坤锋上海工程技术大学

学位级别：硕士

LD钢是一种典型的冷作模具钢,淬火后的LD钢具有高韧性、高耐磨性等优点,能够满足多种冷作加工模具的需求。LD冷作模具钢切削加工性能的优劣,对刀具寿命、生产效率、工件表面质量和加工成本等具有显著影响。研究LD冷作模具钢的切削加工性... 详细信息

LD钢是一种典型的冷作模具钢,淬火后的LD钢具有高韧性、高耐磨性等优点,能够满足多种冷作加工模具的需求。LD冷作模具钢切削加工性能的优劣,对刀具寿命、生产效率、工件表面质量和加工成本等具有显著影响。研究LD冷作模具钢的切削加工性能,选择合适的刀具材料和刀具几何参数,总结LD冷作模具钢切削力、温度、切屑等的变化规律,从而优化铣削加工工艺条件,对促进LD冷作模具钢的加工和广泛使用具有重要意义。本课题采用数值模拟、实验研究及理论分析等方法,在干式切削条件下,考虑刀具的材料和形状及几何参数,重点分析切削工艺参数(a,f,v)对LD退火钢铣削时切削力和切削温度的大小与分布、切屑的形态、刀具磨损、工件表面质量等的影响。在数值模拟中,建立材料本构模型,定义工艺参数,设计正交实验方案,对模拟中切削力和切削温度分布进行了极差和方差分析,得出了切削用量对各方向力和温度变化影响的显著性,以及最优的工艺方案。结果表明,切削深度a对各切削力的影响程度最大,接下来是每齿进给量f,最后是进给速度v,且随切削用量的增大,三个力都出现明显增大的现象。切屑的表面温度普遍高于刀尖和工件的表面温度,切削速度v对切屑表面温度的影响程度最大,且随切削用量的增大,切削热也在不断增大。在实验研究中,采用正交设计试验和单因素试验方法,分析检测各切削参数对切削力、工件表面粗糙度、切屑形态、刀具寿命的影响规律,并进行了综合分析。结果表明,切削深度a的改变对三向切削力大小的变动的影响最为显著;每齿进给量f的改变对已加工工件表面粗糙度数值Ra的影响程度最大,随每齿进给量的增大,Ra值逐渐增大,表面质量变差;随切削速度的增大,Ra值在一定范围内出现减小现象,表面质量变好。切削速度v和每齿进给量f主要对切屑的螺卷程度和长度有影响,切削深度a主要对切屑的大小有影响。面向切削总力F大小的切削参数的优化,为使切削总力最小,振动最小,耗能较小,最优的切削工艺参数为:v=50m/min,f=0.030mm/z,a=0.5mm。面向已加工表面粗糙度的切削参数优化,为使表面质量较好,最优的切削工艺参数为:v=70m/min,f=0.025mm/z,a=0.5mm。通过数学分析,建立切削力与切削用量之间、表面粗糙度与切削用量之间的数学模型,分别获得切削力和粗糙度的经验公式。在优化的工艺参数下,实际检测得出刀具寿命约为65分钟。

关键词： LD冷作模具钢切削加工性能有限元模拟切削力参数优化

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微量润滑切削加工性能影响因素的研究

工具技术 2009年第2期43卷 3-8页

作者：田佳何宁李亮赵威戚宝运卞荣南京航空航天大学机械制造及自动化系南京市硕士研究生210016 南京航空航天大学

介绍了微量润滑(MQL)切削加工技术相对于传统湿式和干式切削的应用优势及应用现状,重点分析了MQL油雾供给与混合系统、润滑油、压缩空气、工件材料、刀具以及切削参数等因素对MQL切削加工性能的影响规律,发现在加工条件确定的情况下,润... 详细信息

介绍了微量润滑(MQL)切削加工技术相对于传统湿式和干式切削的应用优势及应用现状,重点分析了MQL油雾供给与混合系统、润滑油、压缩空气、工件材料、刀具以及切削参数等因素对MQL切削加工性能的影响规律,发现在加工条件确定的情况下,润滑油用量、压缩空气压力和切削参数之间存在最优组合。因此,为了充分发挥MQL切削加工技术的应用优势,必须对MQL工艺系统进行全面而精确的优化。

关键词：微量润滑切削加工性能影响因素