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基于最小表面磨损率的刀具磨损及加工表面层特性研究

张宗阳  
【摘要】:高效、高质量加工技术是机械加工正在发展的一项先进共性基础技术,目前在航空、航天、汽车、模具等行业中的应用取得了重大的经济效益,对提高加工技术水平,推动机械制造技术的进步具有重要的意义。在现代制造技术的发展中,保证质量、提高效率、降低成本、节能减排是当今世界制造业发展的趋势,其中保证质量和提高效率更是被推上了最为突出的位置,力争在保证质量的前提下提高加工效率。本文基于最小表面磨损率对铁基高温合金GH2132在车削过程中的切削用量优选、刀具磨损机理、最长刀具尺寸寿命及已加工表面层特性展开研究,为实际生产中加工此类材料提供理论和技术指导。 在各种切削条件下,研究了车削铁基高温合金GH2132刀具的表面磨损率。当刀具处于稳定磨损阶段时,总存在一个速度范围,表面磨损率hs在这个范围内随切削速度v的提高先减小后增大,在某一切削速度下达到最小值。达到最小值的表面磨损率hs称为最小表面磨损率hs min,所对应的切削速度v为最佳切削速度v。。在一定的速度范围内,表面磨损率hs在最佳切削速度v。下获得最小值hs min是由于刀具在v。时引起的切削温度θ使得工件材料已加工表面显微硬度HV最小,刀尖处后刀面与工件材料接触面显微硬度比HV1/HV2最大,以及加工层的伸长率ef,强度极限σUTS都处于最小值等综合因素使得刀具在切削过程中消耗最少,径向磨损最小,使得表面磨损率hs获得最小值。 基于最小表面磨损率对精车削铁基高温合金GH2132进行了切削用量优选。在优选的切削用量下工作,刀具的抗磨能力最强、刀具消耗最少,刀具尺寸寿命、单位尺寸寿命最长,可以减轻由于刀具磨损产生的“让刀”现象,从而提高工件的加工精度。 建立了三维斜角切削的车削力理论模型。研究了优选切削用量下车削铁基高温合金GH2132的切削力规律,得出切削合力Fr随着切削速度v的提高整体呈下降趋势,在最佳切削速度vo=90m/min(工件材料热处理前)和vo=70m/min(工件材料热处理后)下,切削力较小且稳定。对热处理后的工件材料进行了切削温度研究,得出不同切削用量下,最小表面磨损率hs min对应的切削温度θ相差较小,在370~400℃范围内。 对车削铁基高温合金GH2132刀具的磨损机理进行了研究。工件材料热处理之前,刀具的前刀面磨损形式以月牙洼磨损为主,主要的磨损机理为粘结磨损、氧化磨损。工件材料热处理之后,刀具的前刀面磨损形式没有出现月牙洼,沿切削刃方向产生积屑瘤,主要的磨损机理为粘结磨损、扩散磨损。优选切削用量下,刀具的磨损机理与其他切削用量下相似。 优选切削用量下对车削铁基高温合金GH2132已加工表面层特性进行了研究。对车削铁基高温合金GH2132(热处理前和热处理后)已加工表面粗糙度进行了研究,试验发现最小表面粗糙度值Ra在最小表面磨损率hs对应的速度值获得;对车削铁基高温合金GH2132(热处理后)表层显微硬度HV、硬化层深度hH以及表层加工硬化程度NH进行了研究,试验发现在最小表面磨损率对应的最佳切削速度Vo=70m/min时,表面显微硬度、硬化层深度以及表面层加工硬化程度都最小。


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