粉末冶金材料高速切削加工性能研究

发布时间：2019-07-30 17:56

【摘要】：高速、高效的切削加工方式作为现代制造业主要发展方向之一,已广泛应用于钢铁、铝合金等材料的高速切削加工中。但是,针对粉末冶金类难加工材料高速加工技术的理论研究和实际应用并不多见。本文主要对汽车发动机中粉末冶金类零件的高速切削性能进行研究,采用理论分析、数值计算和加工试验相结合的方法,重点研究切屑变形过程、切削力和切削温度、刀具磨损形态和失效机理、刀具磨钝标准、工件表面粗糙度、自动化生产中刀具可靠性等问题。为更高效地切削加工这一类材料提供理论依据和技术支持。通过大量的切削试验证明具有负倒棱结构的PCBN刀具为高速切削粉末冶金材料的最佳选择。借助于Oxley剪切区模型,分析负倒棱刀具高速切削粉末冶金材料时的切屑变形机理；根据负倒棱刀具与前刀面的接触类型,指出当刀-屑接触长度小于负倒棱宽度时,刀具处于负倒棱切削状态,并在此基础上进一步提出负倒棱切削模型。在负倒棱切肖Ⅱ模型下,通过对负倒棱面的受力分析,建立负倒棱面摩擦系数和摩擦角的计算公式,并根据麦钱特模型得出剪切角的计算方法：通过对比国内外常用刀-屑接触长度的经验公式,找出负倒棱切削模型下适合近似计算高速切削粉末冶金材料时刀-屑接触长度的经验公式。与此同时,对高速切削粉末冶金材料时产生的切屑进行系统的研究,分析切屑变形过程和切屑形态,解释切削过程中层片状切屑的形成机理。采用正交切削试验,通过回归分析建立最常用两种粉末冶金气门座圈材料的切削力经验公式,找寻高速切削时切削力变化的一般规律。运用单因素试验方法,研究切削用量、工件材料、负倒棱角度、刀尖圆弧半径对切削力的影响规律。研究表明：PCBN高速切削粉末冶金气门座圈时,为减小切削力对加工过程的影响,最佳切削用量应选在切削速度200-240m/min、切削深度0.1-0.2mm、进给量0.1-0.15mm/r。其中刀尖圆弧半径rε对切削力影响较大,宜选在0.4mm-0.8mm之间,随着刀尖圆弧的加大切削阻力增大,但刀头强度和耐磨性得到显著提高。采用红外测温的方法获得切削区平均切削温度,利用正交试验建立不同负倒棱角度下切削用量与切削温度的经验公式,分析在高速切削时进给量、切削速度、切削深度和倒棱角度对切削温度的影响规律。另外,还建立了三种常见型号气门座圈切削用量、刀尖圆弧半径与表面粗糙度的经验公式。研究表明：刀尖圆弧半径rε=0.8mm时,切削加工表面质量最好。通过大量的刀具磨损试验,研究了PCBN刀具高速切削粉末冶金气门座圈时刀具磨损形态和失效机理。指出刀具磨损的形态为前刀面磨损、后刀面磨损和破损；刀具磨损的机理有磨粒磨损、结合剂磨损、氧化磨损、扩散磨损、微裂解磨损;刀具失效的主要形式为破损,试验中表现为崩刃、剥落,碎裂,脆断、裂纹等。根据PCBN刀具失效为破损这一特点,建议以工件表面粗糙度数值尼不大于1.6μm作为刀具的磨钝标准,实际生产中为了便于操作和统计,应以单个刀刃所能加工的工件数量Ⅳ作为刀具的使用寿命。经过对刀具使用寿命试验数据的采集和分析,建立了PCBN刀具高速切削粉末冶金座圈时使用寿命的威布尔分布模型。利用该模型,结合刀具可靠性的要求,能够合理、有效地规划刀具使用寿命。研究发现：PCBN刀具在只允许一次重磨的情况下,刀具可靠性R=0.68及刀具的使用寿命为Nr=8247个时,刀具生产效率最高,与此同时,单件刀具的成本下降29%。
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材料的切削加工。逡逑对氋速切削的速度范围，各国尚未作出明确的规定，，但一般把切削速度比常规高出５￣１０逡逑倍Ｗ上的切削加工叫做氋速切削。按加工不同材料划定氋速切削范围如图１．１所示，由德国逡逑Ｄａｒｍｓｔａｄｔ工业大学的生产工程与机床研究所（ＰＴＷ）在２０世纪８０年代进行的氋速切削实验逡逑结果，得到国际公认。逡逑？巧巧巧巧逡逑佐含金逡逑巧巧逡逑Ｖ／／／／／／／Ｍｉ＼＼＼＼＼＼＼逡逑巧逦Ｈ１１１１１１１１３逡逑巧’技合金扇

本文编号：2521049