汽雾冷却下高速切削GH4169切削力和粗糙度试验分析

本文针对陶瓷车刀片在汽雾冷却下进行切削镍基高温合金GH4169单因素试验和正交试验进行分析研究。利用最小二乘法对所得试验数据进行线性回归分析,建立切削力和已加工表面粗糙度的经验模型,分析在汽雾冷却条件下使用陶瓷刀具的切削参数对切削力和已加工表面粗糙度的影响规律。通过正交试验结果分析出最优的切削参数,为进一步优化切削参数、研究刀片磨损机理提供参考依据。     

PCBN刀具高速切削镍基高温合金切削力及刀具磨损试验研究

高速切削加工过程中切削参数的选择对刀具切削性能具有较大的影响。镍基高温合金因在高温条件下仍具有较高的抗疲劳强度、屈服强度、抗拉强度等特点,被广泛应用于航空航天、船舶、核电等行业。但是镍基高温合金的切削加工性能差,主要表现在切削力大、切削温度高、刀具磨损现象严重等方面。本文从切削速度、进给量、切削深度等切削参数对切削力的影响进行研究,同时对PCBN刀具磨损形貌进行分析。采用PCBN刀具进行高温合金车削试验,得到PCBN刀具切削高温合金GH4169时切削参数对切削力的影响规律,并探讨不同刀具磨损形貌产生的原因,为高温合金高速切削加工参数制定及工艺优化提供一定参考。     

绿色加工中刀具磨损对表面粗糙度影响的研究

在切削镍基高温合金材料过程中,由于不稳定因素造成已加工表面粗糙度很难控制,尤其是刀具磨损直接影响着表面粗糙度。通过对冷风油雾、冷风和常温油雾等不同冷却切削条件下刀具磨损和工件表面粗糙度微观形貌的实验,研究了高速切削镍基高温合金材料时,在不同冷却切削条件下刀具磨损对工件表面粗糙度的影响,揭示了用冷风高速切削提高表面加工质量的规律。     

定向内冷方法在高温合金铣削加工中的应用

针对浇注冷却铣削镍基高温合金时因供液不充分产生的过热问题,采用定向内冷方法改善铣削换热.采用计算流体动力学方法分析了定向内冷流场特性,结果表明:定向内冷可保证切削液准确集中喷射至切削区并改善换热.开展了浇注冷却、定向内冷的端铣试验,实验结果表明:在相同铣削参数下,定向内冷具有更好的换热性能,且随供液压力增加冷却效率增强,当压力为10bar时,铣削温度、表面粗糙度和加工硬化分别降低3 2.2％、19.8％和11.9％,表面残余压应力增加105.52 MPa,获得了更规整的加工表面.     

PCBN刀具切削堆焊钴基合金的试验研究

采用PCBN刀具对堆焊钴基高温合金层进行切削试验,研究不同的切削用量和刀尖圆弧半径对表面粗糙度和切削力的影响规律,并采用离差分析法对其影响程度进行评估。试验结果及分析表明:切削加工堆焊钴基合金时,切削力和表面粗糙度的部分变化规律有别于传统切削理论,这是因为钴基堆焊合金特有的物理机械性能、堆焊层组织状态、PCBN刀具的性能特点及所选取的几何参数使切削区域材料性能变化和刀具磨损特征不同于传统切削理论所致。试验获得的表面粗糙度值较小,符合以车代磨的加工工艺要求。由离差分析结果可知,进给量对表面粗糙度、主切削力和背向力影响最大,背吃刀量对进给力的影响最大。     

流道结构对加压内冷却开槽砂轮磨削性能的影响

针对镍基高温合金磨削时磨削区因砂轮气障效应引起的过热问题,提出采用加压式内冷却磨削方法,鉴于砂轮内流道结构影响磨削液的流动特性和砂轮的磨削性能,同时考虑流道加工工艺和砂轮旋转时离心力的影响,设计直线型和弧线型两种内流道结构。利用计算流体动力学方法分析了流道结构对磨削区流场的影响,表明弧线型流道结构下磨削区的流体速度和分布均匀性更高。制备了具有弧线型和直线型内流道的两种加压内冷却开槽砂轮,在相同的磨削参数下进行了镍基高温合金磨削对比试验,分析砂轮线速度和磨削液压力对磨削温度、表面粗糙度和表面形貌的影响规律。结果表明:相比直线型流道,弧线型流道的冷却润滑效果更好,随砂轮线速度和磨削液压力的增大其换热效率提升更显著,得到的磨削温度和工件表面粗糙度值分别降低了16.8%和17.6%,并获得了更规则的加工表面形貌。     

Inconel 718镍基高温合金车削切削力和切削温度分析

为探究切削参数对难加工材料Inconel 718镍基高温合金切削力和切削温度的影响规律,基于田口法对Inconel 718材料进行正交切削仿真试验,采用单因素分析方法、灰关联度分析方法对比分析切削三要素对切削力、切削温度的影响,研究结果为Inconel 718镍基高温合金高效切削加工提供理论支撑。     

(Ti,Al)N+TiN涂层硬质合金刀具加工铁基高温合金正交切削试验研究

采用正交试验方案,应用(Ti,Al)N+TiN涂层硬质合金刀具对GH2132铁基高温合金进行外圆干切削,测量了切削力、切削温度、表面粗糙度和刀具寿命。利用最小二乘法对试验数据进行了多元回归分析,分别建立其经验公式,并分析了切削用量三要素分别对切削力、切削温度、表面粗糙度和刀具寿命的影响规律及其原因。通过试验得出了切削用量三要素分别对其影响的主次顺序。切削力:ap>f>vc,切削温度:vc>ap>f,表面粗糙度:f>vc>ap,刀具寿命:vc>f>ap。     

石墨烯纳米流体微量润滑车削GH4169镍基高温合金时刀具的磨损规律

纳米流体微量润滑是一种新型的微量润滑增效技术,为探究其应用于难加工材料GH4169镍基高温合金时刀具磨损的变化规律,分别在干切削、微量润滑和纳米流体微量润滑三种条件下进行GH4169镍基高温合金车削加工试验,比较其切削力、切削温度以及刀具磨损的差异。通过切削试验发现,纳米流体微量润滑技术能够有效降低切削加工过程中的切削力、切削温度以及刀具的磨损程度,相比于干切削加工,纳米流体微量润滑条件下的切削力、切削温度和刀具的磨损程度分别降低21.9%,24.7%,15.9%。     

镍基高温合金Inconel718在不同冷却润滑条件下的切削仿真研究

为探究冷却润滑条件对难加工材料镍基高温合金Inconel 718切削加工质量影响规律,基于Advantedge有限元软件,采用三种不同的冷却润滑方式,对Inconel 718材料进行干式切削、浇注式切削、低温冷风微量润滑切削仿真,对比分析不同冷却及润滑条件对切削力、切削温度、切屑形态、残余应力变化的影响规律。     

加压内冷却砂轮的研制及磨削性能研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明：在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。     

加压内冷却方法在高温合金磨削中的应用

针对镍基高温合金在磨削加工中大量磨削热的冷却问题,提出采用加压内冷却与断续磨削结合的冷却方法,实现磨削过程中充分冷却磨削弧区高温的目的。设计制备磨粒有序排布的加压内冷却砂轮,采用Fluent有限元软件建立砂轮磨削GH4169高温合金的温度场模型,模拟分析砂轮转速和冷却液压力对砂轮散热性能的影响。开展加压内冷却砂轮磨削GH4169实验研究,分别对磨削温度、表面粗糙度以及表面微观形貌进行对比和分析。结果表明：在相同的磨削参数条件下,相对外冷却方式,内冷却方式能获得更优良的加工表面质量,磨削温度和表面粗糙度均明显降低;在其他磨削参数相同时,冷却液压力越大,磨削温度越低且表面粗糙度越小,表面形貌更加规则、完整。     

流道出口位置对加压内冷却砂轮磨削性能的影响

鉴于开槽砂轮内流道出口位置影响磨削液的冷却润滑效果，设计制备了磨料环可周向旋转的加压内冷却开槽砂轮，使内流道出口位于砂轮磨料区或开槽区。建立了磨削弧区温度场仿真模型，模拟结果表明流道出口置于开槽区时换热效果更好。在相同加工参数下进行了磨削对比试验，结果表明：相比位于磨料区，流道出口位于开槽区时获得的磨削温度、表面粗糙度分别下降了16%和15%，工件表面更光滑规整，残余拉应力效应显著降低。     

TC4铣削中超临界CO2混合油膜附水滴的冷却润滑性能

在干切削、超临界CO2（scCO2）以及scCO2与油膜附水滴(OoW)混合三种绿色切削方式下对钛合金进行了铣削试验。通过单因素试验分析了铣削参数和冷却润滑方式对切削力、切削温度、表面粗糙度的影响规律，研究了scCO2与OoW混合冷却方式在钛合金铣削中的冷却润滑性能。结果表明，三种冷却润滑方式下，随着切削速度、每齿进给量和径向切宽的增大，切削力和切削温度均呈现增大趋势；当切削速度进一步增大时，依据高速切削加工理论，切削力和温度有增长变缓和下降的趋势；不同加工参数下，相比干切削和scCO2，scCO2与微量油膜附水滴混合冷却方式能有效减小切削力和降低切削温度，并获得良好的加工表面，具有良好的冷却润滑性能。     

预应力切削镍基高温合金的试验研究

针对镍基高温合金在切削后加工表面分布严重的残余拉应力等问题,提出采用预应力切削方法,以实现在加工过程中主动控制加工表面残余应力分布状态;通过研制轴类零件的车床专用预拉伸装置,在0 MPa、150 MPa和300 MPa三种预应力条件下对高温合金轴件进行预拉伸处理;通过硬质合金刀具预应力切削镍基高温合金的对比试验,对三种预应力条件下的切削力、切屑形态以及表面完整性包括已加工表面残余应力、加工表面粗糙度、表面形貌和显微硬度等指标进行对比。结果表明：在一定范围内,采用预应力切削方法可省去加工后续的残余应力调整工序,并能在加工表面获得合适的残余压应力;残余压应力的值可通过调整施加的预应力大小来进行主动控制;与普通切削相比,预应力切削可得到均匀的锯齿形切屑,切削力没有显著增加;预应力切削可获得良好的表面完整性,且不会引来额外的加工硬化。     

Milling of MAR-M247 nickel-based superalloy with high temperature and ultrasonic aiding

This study investigates the properties of machining MAR-M247 nickel-based superalloy combined ultrasonic vibration with high-temperature aided cutting. Taguchi experimental design was adopted to identify the influence of machining parameters on the machining characteristics. The six machining parameters, namely cutting tools for different materials; depth of cut; cutting speed; feed rate; working temperature; and, ultrasonic power. The machining characteristics analyzed include surface roughness, flank wear, cutting force, and milling temperature. According to the experimental results, when the cutting speed is greater than 90 m/min, P-type tungsten-carbide cutters with or without a Ti-alloy coating were unable to endure the very high temperatures generated in milling MAR-M247 nickel-based superalloy. The tungsten-carbide cutters melted and fractured. Due to the insufficient toughness of cermet cutters, the periodic high-impact stress causes severe cutter fractures when the cutting speed is greater than 60 m/min. When the cutting speed was less than 40 m/min, the cutter temperature was not significantly increased. Thus no melting or fracture of the cutters was found. Furthermore, when the cutting speed was less than 40 m/min, and fluid containing nano-particles of 5–23 nm in size was used, the cutter-workpiece friction force was reduced and the cutter life was extended.     

基于标准粒子群算法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究

采用单因素和正交实验法,研究了整体硬质合金刀具高速铣削GH4169高温合金时切削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明,每齿进给量对表面粗糙度的影响十分显著,铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响较小;基于标准粒子群算法建立了表面粗糙度与切削参数之间的经验公式,并对经验公式进行了实验验证,结果显示,基于标准粒子群算法建立的经验公式能有效预测GH4169高温合金高速铣削过程中的表面粗糙度,为铣削参数优化、铣削表面质量控制提供了依据。     

Cutting performance of an indexable insert drill for difficult-to-cut materials under supplied oil mist

In this study, the cutting performance of an indexable insert drill with an asymmetric geometry for cutting difficult-to-cut materials was investigated. A solid twist drill with a symmetric geometry was used to compare the cutting characteristics. The cutting characteristics were evaluated using the thrust force, inner-surface roughness of the drilled hole, wear behavior, and tool temperature. Workpieces made of stainless steel, titanium alloy, and nickel-based alloy were selected as difficult-to-cut materials, and carbon steel was also selected. The tool temperature was higher in the order of carbon steel, stainless steel, titanium alloy, and nickel-based alloy for every drill under minimum quantity lubrication cutting. The influence of the workpiece material on the thrust force was different from that of the tool temperature for the indexable insert drill, whereas that of the solid twist drill was similar to the tool temperature tendency. When cutting the titanium alloy and nickel-based alloy, the tool temperature and thrust force of the indexable insert drill were lower than those of the solid-type twist drill. The inner-surface roughness of a hole drilled with the indexable insert drill had almost the same quality as that of a hole drilled with the solid-type twist drill when cutting the difficult-to-cut materials. The wear behavior of the indexable insert drill was remarkably different from that of the solid-type twist drill, and the flaking of the coating and the abrasion wear at the rake face were notable in the indexable insert drill.