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陶瓷刀具干铣削超高强度钢的试验研究锰铁珠宝盒填充料汽车窗膜包本机Frc

发布时间:2023-12-19 03:00:39 阅读: 来源:榨汁机厂家

陶瓷刀具干铣削超高强度钢的试验研究

1 引言

难加工材料切削技术的研究在理论和实践上都具有重要意义。本项目的研究对象为某牌号超高强度钢,该钢种材料Ni、Cr、Mo元素含量较高,具有高硬度(>45HRC)、高强度(抗弯强度1174MPa)和良好的韧性,因其优异的物理、力学性能而在国防工业上有着重要应用。该钢种的总体加工性能等级为8级,属于典型的难加工材料,目前主要使用硬质合金刀具进行切削加工,但刀具磨损、破损严重,加工效率低,加工成本高,严重制约了生产的顺利进行。本研究分别采用Al2O3基、Al2O3-Ti(NC)基和Si3N4-Al2O3基三种陶瓷刀具对该牌号超高强度钢进行了干铣削加工试验,通过研究其切削性能,探讨适合加工该材料的有效刀具及按摩器械工艺方法。

2 试验条件与方法

1) 试验条件

试件材料:某牌号超高强度钢,试件尺寸160mm×60mm ×60mm。

试验刀具:YT15硬质合金刀片, Al2O3基、Al2O3-Ti(NC)基可提供超级灵活的转向和Si3N4-Al2O3基陶瓷刀具。三种陶瓷刀具的成分及性能见表1。表1 陶瓷刀具牌号及性能

试验刀具成分系列硬度

(HRA)抗弯强度

(MPa)陶瓷刀具1Si3N4+Al2O3+TiCSi3N4-Al2O3基94850陶瓷刀具2Al2O3+Ti(NC)Al2O3-Ti(NC)基94.5850陶瓷刀具 3Al2O3+TiCAl2O3基93.5880~030

刀具几何参数:g0=0°,a0=0°,br1×g01=1mm×15精密技术相应的模具制造公差为母线槽序号4的公差°,re=2.5mm。

切削方式:单齿端面对称干铣削。

铣刀盘:d=125mm,gp=-9°,gr=-3°。

机床:XS5040型立式升降台铣床。

测量装置:小型工具显微镜,Kistler三向压电晶体测力仪,表面粗糙度测量仪。

2) 刀具耐用度试验方法

在进给量f=0.1mm/r,切削深度ap=1mm,切削速度分别为V=123、157m/min的切削条件下,分别对三种陶瓷刀具进行刀具耐用度试验,绘出刀具磨损曲线,并建立T-V经验公式。

3) 铣削力试验方法

在进给量f=0.1mm/r,切削深度ap=1mm,切削速度分别为V=123、157、196、247m/min的切削条件下,分别对YT15硬质合金刀具和陶瓷刀具1进行切削力试验,绘出主切削力曲线,并建立Fz-V 经验公式。

4) 加工表面粗糙度试验方

在切削速度V=123、157m/min的条件下,分别用三种陶瓷刀具进行切削试验,并测量、记录已加工工件的表面粗糙度值。

3 试验结果与分析

1) 切削条件对刀具耐用度的影响本试验中,在相同切削用量(V=123、157m/min,ap=1mm,f=0.1mm/r)下得到的三种陶瓷刀具的后刀面磨损曲线如图1所示。

(a)V=123 m/min (b)V=157 m/min

图1灯塔 三种陶瓷刀具的后刀面磨损曲线

由图可见,陶瓷刀具- 在正常磨损阶段的磨损较剧烈,在很短时间内就达到了刀具磨钝标准;陶瓷刀具1、3的耐磨性较好,在刀具正常磨损阶段的磨损较缓慢、均匀,与目前生产中普遍采用的YT15硬质合金刀具相比,刀具耐用度有较大幅度提高。

陶瓷刀具2在两种切削速度条件下磨损均较严重的原因是切削温度较高,工件材料中的Ni向刀具中心扩散,使刀具表面硬度下降,刀具材料与工件材料亲和性增大,粘结磨损随之增大,导致刀具耐用度降低。陶瓷刀具3的耐用度在V=157 m/min时较V=123 m/min时明显下降,这是因为V=123 m/min时刀具的主要磨损机制为磨料磨损和粘结磨损,刀具磨损较慢,因而耐用度较高;当V=157 m/min时,随着切削温度升高,扩散磨损在刀具磨损中所占比重上升,使刀具材料性能降低,刀具磨损加剧。陶瓷刀具1的耐用度最高(36min),这是因为刀具材料中的Si3N4和TiC在切削过程中被氧化,在摩擦表面生成的含Si、Ti 氧化物起到了固体润滑剂作用,可显著降低刀具后刀面与工件间的摩擦力,从而减轻了刀具的粘结磨损,提高了刀具耐磨性。

对试验数据进行线性回归分析,可得出三种陶瓷刀具在f=0.1mm/r、ap=1mm 切削用量下铣削超高强度钢的T-V经验公式分别为

陶瓷刀具1:T=8.492×103×V-1.048r=-0.885

陶瓷刀具2:T=2.919×102×V-0.710r=-0.842

陶瓷刀具3:T=8.578×107×V-3.065r=-0.927

式中,T为耐用度,r为相关系数,表示T与V之间相关关系的密切程度。上述经验公式反映了三种陶瓷刀具的耐用度与切削速度之间的关系,为后续试验中切削速度的选择提供了重要依据。

2) 切削条件对切削力的影响

本试验中,在相同切削用量(V=123、157、196、247m/min,f=1.1mm/r,ap=1mm)下得到的YT15硬质合金刀具和陶瓷刀具1的主切削力曲线如图2所示。

图2 YT15、陶瓷刀具1的主切削力曲同时也可用于其他三辊机低温检测和实验工作线

由图可知:①在试验切削速度范围( V=123~247m/min)内,YT15硬质合金刀具和陶瓷刀具1的主切削力Fz随切削速度的提高而缓慢减小,这表明当切削速度较低时,切削速度的提高可导致切削力下降;②与YT15硬质合金刀片相比,陶瓷刀具1的主切削力较小,这主要是由于陶瓷刀具干切削时具有自润滑功能,即陶瓷刀具中的 Si3N4、TiC 和Ti(NC)在高温下发生氧化,氧化物附着在切屑与前刀面之间,可减小前刀面的平均摩擦系数,从而减小了主切削力。

对试验数据进行线性回归分析,可得出这两种刀具在f=0.1mm/r,ap=1mm 切削用量下铣削超高强度钢的Fz-V经验公式分别为

陶瓷刀具1:Fz=418V-0.102r=-0.707

YT15刀具:Fz=379V-0.075r=-0.740

式中,Fz为主切削力,r为相关系数,表示Fz与V之间相关关系的密切程度。

3) 切削条件对加工表面粗糙度的影响

本试验中,在相同切削用量( V=123、157m/min,ap=1mm,f=0.1mm/r)下获得的三种陶瓷刀具的加工表面粗糙度值见表2。表2 三种陶瓷刀具的加工表面粗糙度

试验刀具V

(m/min)Ra

( m)等级陶瓷刀具11230..7707陶瓷刀具21230..4868陶瓷刀具31230..6048

由表2 可知,工件的加工表面粗糙度值均在Ra0.480~0.770 m之间,这表明用陶瓷刀具加工超高强度钢可获得较好的表面质量。这主要因为:①由于试验采用端铣方式,由主切削刃起切除作用,而过渡刃和副切削刃起到了修光作用;②工件材料硬度高、韧性好,加工中塑性变形较大,刀具与加工表面的挤压作用在一定程度上提高了加工表面质量;③陶瓷刀具材料的自润滑性能较好,刀具材料与工件之间的摩擦系数较小,铣削过程中刀具与工件的摩擦力较小,不易在前刀面形成滞留层和积屑瘤,因此可获得较好的加工表面质量。

4 结论

1) 刀具耐用度试验表明:用陶瓷刀具加工超高强度钢可显著提高刀具耐用度,其中Si3N4-Al2O3基陶瓷刀具的切削性能最佳。

2) 切削力试验表明:采用陶瓷刀具加工超高强度钢时的主切削力较采用YT15硬质合金刀具时有所下降。

3) 用陶瓷刀具加工超高强度钢可获得较好的表面质量,加工表面粗糙度在Ra0.480~0.770 m之间。(end)

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