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Inconel 718高速铣削工艺参数优化
作 者: 王园伟
导 师: 李剑峰
学 校: 山东大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: Inconel 718 高速铣削 表面质量 工艺优化
分类号: TG54
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
镍基合金在高温合金领域中占有极重要的地位。作为高温合金中应用最广的一种,Inconel 718拥有抗腐蚀、高强度、较好的焊接性能、较高的高温蠕变断裂强度,广泛用于涡轮机、火箭引擎、航天飞机、核反应堆及泵类等。然而,基于其独特的性能,Inconel 718也被公认为难加工材料。其较小的热传导性和比热容致使切削区域温度较高。优良机械性能再加上严重的加工硬化倾向会致使切削力很大。Inconel 718中所含的硬质点颗粒恶化了刀具的摩擦磨损,导致刀具在加工过程中的快速失效。因而,在加工这种材料时刀具经常发生严重破坏,进而破坏表面精度和光洁度,增加生产投入,降低加工效率。铣削工艺可以加工复杂表面并获得较高的生产效率,被广泛应用到Inconel 718材料的零部件加工过程中。随着涂层技术的快速发展,硬质合金刀具以更好的韧性、耐磨性、导热性及其在精、粗加工中可以获得较高的表面质量等优势,得到了广泛应用。高速切削技术的普及和应用的推进,涂层硬质合金刀具高速端铣Inconel 718已然成为研究的热点。本文以Inconel 718材料为实验对象,研究PVD涂层硬质合金刀具进行高速铣削加工过程中的切削力、表面粗糙度、刀具的磨损形态和磨损机理,利用实验数据,分析铣削用量(铣削速度vc,进给速度fz,径向切削深度αe,轴向切削深度ap)对不同指标(切削力,表面粗糙度和刀具磨损)的影响效应,建立切削力和表面粗糙度的经验模型并验证,最终获取最佳工艺参数组合;对比研究了不同切削介质(空气和低温油气)对刀具寿命的影响。通过以上研究,为在实际生产中铣削Inconel 718材料的工艺设计提供借鉴。通过分析所开展的正交实验、单因素实验以及相同金属去除率实验所得结果,可以得出:铣削用量对加工过程中的切削力影响与所用参数组合的金属去除率有关,较大的材料去除效率下切削力也较大;正交实验和信噪比分析后可知,采取较高的铣削速度,配合低进给、较低的轴向切削深度以及径向切削深度时,可以获得较好的表面粗糙度;扫描电子显微镜SEM和能量分散光谱EDS扫描对磨损刀具的分析表明,刀具磨损机理主要有磨粒磨损、粘结磨损、氧化扩散磨损以及涂层磨损等,同时也会出现崩刃。这几种磨损不是单独作用,而是相互作用,相互影响,最后导致刀具失效。干切削和低温油气两种不同切削介质对刀具使用寿命影响的对比实验证明,低温油气条件下由于冷风和切削油雾的冷却润滑作用,刀具的使用寿命会有显著提高。
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全文目录
目录 5-7 Contents 7-9 中文摘要 9-11 ABSTRACT 11-13 第1章 绪论 13-27 1.1 Inconel 718的材料性能及应用分析 14-16 1.1.1 镍基高温合金的性能 14-15 1.1.2 镍基高温合金的应用 15-16 1.2 Inconel 718的切削加工性 16-17 1.3 镍基高温合金高速切削加工研究现状 17-24 1.3.1 刀具材料与工件材料的匹配研究 17-18 1.3.2 切削力、表面完整性和刀具磨损的研究 18-22 1.3.3 工艺参数优化 22-24 1.4 课题来源及主要研究内容 24-27 第2章 镍基高温合金切削力研究及切削参数优化 27-43 2.1 切削力分析 27-28 2.2 切削力实验设计及步骤 28-33 2.2.1 正交实验设计 29 2.2.2 实验条件及仪器 29-33 2.3 切削参数对切削力的影响效应分析 33-40 2.3.1 切削力周期性波动分析 33-36 2.3.2 切削力信噪比分析 36-39 2.3.3 优选最佳参数组合 39-40 2.4 切削力回归分析 40-42 2.5 本章小结 42-43 第3章 镍基高温合金铣削加工表面粗糙度研究 43-55 3.1 已加工表面的形成和评定方法 43-46 3.2 测量方法及实验结果 46-50 3.2.1 表面粗糙度的测量 46-49 3.2.2 表面粗糙度实验结果 49-50 3.3 切削参数对R_a的影响效应 50-52 3.3.1 表面粗糙度数值的数学分析 50 3.3.2 表面粗糙度数值最优参数组合 50-51 3.3.3 最优参数组合验证 51-52 3.4 表面粗糙度模型建立及验证 52-53 3.4.1 表面粗糙度数值回归分析 52 3.4.2 经验模型验证 52-53 3.5 本章小结 53-55 第4章 Inconel 718铣削加工刀具磨损与寿命研究 55-75 4.1 镍基高温合金加工刀具磨损特点 55-56 4.2 镍基高温合金铣削加工刀具磨损分析 56-63 4.2.1 具磨损的形态 56-58 4.2.2 具磨损机理分析 58-63 4.3 相同金属去除率和去除体积实验的刀具磨损分析 63-69 4.3.1 确定刀具磨钝标准 63-64 4.3.2 相同去除体积和金属去除率的实验设计 64-66 4.3.3 具磨损分析及最佳切削参数组合 66-69 4.4 不同切削介质下的刀具磨损 69-73 4.5 本章小结 73-75 结论与展望 75-77 参考文献 77-81 攻读硕士学位期间发表论文及参与课题 81-83 致谢 83-84 学位论文评阅及答辩情况表 84
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 铣削加工及铣床
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