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工具技术 2024年第3期58卷 73-79页

作者：林勇传张境如赖德斌杨淦贵侯彦辰何春华广西大学机械工程学院广西玉柴机器股份有限公司

为探究HT350高强度氮型灰铸铁的铣削性能,选用PVD涂层硬质合金刀具和CVD涂层硬质合金刀具对HT350高强度氮型灰铸铁进行铣削试验,对比研究两种刀具的磨损形貌,通过极差分析探究切削三因素对磨损带宽的影响,并对磨损区的元素分布进行了观... 详细信息

为探究HT350高强度氮型灰铸铁的铣削性能,选用PVD涂层硬质合金刀具和CVD涂层硬质合金刀具对HT350高强度氮型灰铸铁进行铣削试验,对比研究两种刀具的磨损形貌,通过极差分析探究切削三因素对磨损带宽的影响,并对磨损区的元素分布进行了观测。结果表明:相同铣削用量条件下,PVD涂层刀具前刀面的磨损情况比CVD涂层刀具更严重,铣削速度V_(c)对刀具的磨损带宽影响最大,其次是背吃刀量a_(p),最小是进给量f_(z)。在低切削速度(V_(c)=100~200m/min)时,刀具磨损以磨粒磨损和黏结磨损为主;在高切削速度(V_(c)=200~250m/min)时,刀具磨损以扩散磨损和氧化磨损为主。PVD涂层中的TiAlN被氧化生成Al_(2)O_(3),同时Al_(2)O_(3)在加工过程中不断剥落,导致PVD涂层刀具的磨损情况更加严重。

关键词：氮型灰铸铁涂层刀具铣削刀具磨损机理

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氮型灰铸铁HT300的材料特性与铣削加工性研究

氮型灰铸铁HT300的材料特性与铣削加工性研究

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作者：何胜健广西大学

学位级别：硕士

灰铸铁以其优越的铸造成型性、良好的耐磨性、导热性等被广泛的应用于柴油发动机缸体缸盖等薄壁复杂结构件的铸造加工中。但是随着产品的更新换代,对灰铸铁材料性能也提出了新的要求,高强度灰铸铁的研发与制备成为迫切需求。针对高强度... 详细信息

灰铸铁以其优越的铸造成型性、良好的耐磨性、导热性等被广泛的应用于柴油发动机缸体缸盖等薄壁复杂结构件的铸造加工中。但是随着产品的更新换代,对灰铸铁材料性能也提出了新的要求,高强度灰铸铁的研发与制备成为迫切需求。针对高强度灰铸铁的研制,行业内常用方法是通过使用合金添加剂添加合金元素或使用高效孕育剂对铁水进行孕育处理而获得高强度灰铸铁。但是通过添加合金元素会使得铁液流动性变差、废品率变高,铸造性能和加工性能降低且部分合金元素价格昂贵;而使用高效添加孕育剂也会存在生产成本过高的问题。这两种方法都不利于产业化推广使用。我们在前期研究中发现,在一定范围内,通过提高铁液中氮元素的含量可以替代合金元素的合金化作用以提高灰铸铁的力学性能。并且目前通过添加含氮化合物减小合金添加剂的使用已经能稳定制备出抗拉强度大于300 MPa的高强度灰铸铁。本文结合课题项目需要,针对高强度氮型灰铸铁HT300的材料特性和铣削加工性开展了一系列试验研究。本文的主要工作和结论如下:1.通过拉伸试验、硬度试验和金相试验对高强度氮型灰铸铁HT300的材料特性进行细致研究。研究发现:通过添加氮化物使得灰铸铁中氮元素含量达到0.01%,可以稳定获得平均抗拉强度为311 MPa,平均布氏硬度为219 HBW的高强度氮型灰铸铁。与同牌号的合金灰铸铁相比,高强度氮型灰铸铁的石墨组织变得短小圆钝且微弯,珠光体组织大小均匀且有方向性分布,珠光体层间距也较小。通过添加氮化物而得到的氮型灰铸铁的品质系数Qi高于合金灰铸铁。2.对高强度氮型灰铸铁和合金灰铸铁进行基于正交试验方案的铣削试验研究。结果表明:在大铣削参数条件下,氮型灰铸铁的铣削力高于合金灰铸铁的铣削力。氮型灰铸铁石墨组织变得短小圆钝且微弯,珠光体层间距较小是其铣削力高于合金灰铸铁的主要原因。在相同铣削参数条件下,合金灰铸铁的铣削温度和表面粗糙度均高于氮型灰铸铁。合金灰铸铁的石墨分布较为疏散,珠光体大小不均且分布杂乱,高硬度碳化物以及缩松孔的存在均是合金灰铸铁铣削温度和加工表面粗糙度值较高的原因。3.采用极差分析方法对氮型灰铸铁的铣削试验结果分析。分析结果表明:在铣削参数中对氮型灰铸铁铣削力和铣削温度影响最大的是背吃刀量,其次为铣削速度,影响最小的是每刃进给量;而对氮型灰铸铁加工表面粗糙度影响最大的是铣削速度,其次是每刃进给量,影响最小的是背吃刀量。4.采用多元回归分析法对氮型灰铸铁的铣削合力、铣削温度建立多元回归方程。铣削参数对方程铣削合力的显著性为:背吃刀量（显著）>铣削速度（显著）>每刃进给量（不显著）;而对铣削温度影响的显著性为:铣削速度（显著）>背吃刀量（显著）>每刃进给量（显著）。5.采用响应曲面法对氮型灰铸铁加工表面粗糙度建立响应曲面预测模型。模型参数范围:50 m/min≤Vc≤150 m/min,0.1 mm/z≤f≤0.18 mm/z,0.4mm≤a≤1.2 mm;模型的最大相对误差为14.14%,平均相对误差为8.36%。在模型参数范围内采用遗传算法对铣削参数进行优化。结果表明:当铣削速度Vc为119.5 m/min、每刃进给量f为0.16 mm/z、背吃刀量a为1.061 mm、径向切深a为5 mm时,可获得表面粗糙值Ra为1.6μm,材料去除率为4037.88 mm/min的最优水平。

关键词：氮型灰铸铁材料特性铣削力铣削温度表面粗糙度铣削加工性

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