奥_贝氏体可锻铸铁切削加工性研究_周勇
工艺与检测
奥—贝氏体可锻铸铁切削加工性研究
南京航空航天大学 周 勇 昆明工学院 陈恕庸 姚发权
摘要 对奥-贝氏体可锻铸铁的切削加工性进行了实验研究。通过大量的实验, 测定四种刀具材料的切削力、表面粗糙度、刀具耐用度、切屑形态, 得出切削用量三要素对它们的影响规律。并对切削过程出现的一些异常现象进行观察和分析。
关键词 奥—贝氏体可锻铸铁 切削加工性 切削用量 刀具材料
切削方式为外圆纵刀, 干切削; 主切削力F Z 用八角环测力仪、Y JD —1型应变仪测定; 表面粗糙度(R Z ) 用JSG 型光切显微镜测量。
试件的机械性能
2e b (N /mm )
1 引言
奥贝可锻铸铁基体组织中存在大量残余奥氏体
%~30%) 和贝氏体。贝氏体具有高强度、高耐Ar (20
磨性, 但韧性低, 而残余奥氏体塑、韧性好, 可阻止贝氏体中的裂纹成长。同时, 残余奥氏体属介稳定相, 在加工和使用过程中产生足够大的应力作用于残余奥氏体, 可能诱发其发生马氏体相变, 即应变诱发相变。此外, 应力还使材料表面发生塑性变形, 产生形变硬化。在一定范围内, 应力越大, 残余奥氏体转变成马氏体的量越多, 相变和形变硬化程度越大, 有利于材料的耐磨性提高[1]。值得指出的是, 这种相变和形变仅发生在材料表面。
由此可见, 奥贝可锻铸铁具有高强韧性和严重的加工硬化问题, 致使切削加工性较差。本文针对奥贝可锻铸铁的这一特点, 对其切削力、表面粗糙度、刀具耐用度、切屑形态、刀具磨损及切削过程中的一些异常现象进行了研究。
W (%) 4. 1
硬度(HRC) 27~29
备注达到技术要求
≥960
*试棒未经加工, 测得的值较实际偏低[1]。
3 实验结果及分析
3. 1 切削力实验结果及分析
四种刀具材料切削奥贝可锻铸铁的切削用量—
~3。F Z 单因素实验结果见图1
2 实验条件
2. 1 实验试件材料
实验材料用某玛钢厂(玛钢是可锻铸铁俗称) 生产用铁水浇铸, 试件毛坯尺寸为 33mm ×200mm , 共10根。石墨化退火后车削到 (30±0. 15) mm ×200mm, 经奥氏体化—等温淬火, 供切削加工实验用。试件机械性能如下表所示。
2. 2 实验设备
刀具选用YG 8、Y A 6、TY 15、YW 1(TiN 涂层) , 机夹可转位刀片(4K16); 刀具角度:V 0=10°、k r =45°、T=6°、λ=0°、k ′r =45°、r E =0. 2m m; 机床为CA6140。
·图1 V —F Z 的关系图
由图1可见, 主切削力F Z 变化较为复杂, 在不同切削速度下, 四种刀具材料的F z 变动表现出不同程度
的波动, 在V ≤30m /min 时, 随着V 提高, F Z 下降幅度较大; 在V ≥50m /min时, 随着V 的提高F Z 下降幅度较小; 在30m /min≤V ≤50m /min时, F Z 出现波动。F Z 的变化与文献[2]中切削塑性材料V —a 关系相似。实验中观察到在此切速下, 刀具后刀面磨损带上出现细小的粘接物, 以及切削中突然退刀, 经常出现切屑粘接在工件上的现象。因此可认为, F Z 在中速切削时出现波动是由于生成了类似积屑瘤的粘结物的缘故[3]。
《》
由图2、图3可见, F Z 随f 及a p 增大而增大, 但f 及a p 对F Z 的影响较对一般材料的影响小[2]
。
响, 使其波动。在V ≥50m /min时, R Z 较稳定, 随V 的进一步增大, R Z 有所增大。
由图5、图6可见, R Z 随f
增大而几乎成正比增
图2 f -F Z 的关系图
四种刀具材料中, YG8的切削力最小, 其余依次
为Y A 6、Y T 15、TiN 涂层, 不同刀具材料切削力差异与它们性能有关, 应属正常现象
。
图5 f -R Z 关系图
大; 而a p 对R Z 几乎没有直接影响。
四种刀具材料对表面粗糙度的影响规律基本相同, 其中TiN(涂层) 刀具加工的R Z 最小, 其余从小到大依次为YA6、YT15、YG8。表面粗糙度的回归正交实验结果经数据处理, 得到四种刀具材料的R Z 经验公式如下
YG8 R Z =75. 34V
-0. 062
f
0. 564
a p
0. 021
(5) (6)
YT15 R Z =43. 45V -0. 035f 0. 427a p 0. 026
图3 a p —F Z 关系图
主切削力回归正交实验结果经数据处理, 得到四种刀具材料的切削力F Z 经验公式如下
YG8 F Z =1717. 15V YA6 F Z =1514. 03V
-0. 093-0. 077
R Z =69. 36V -0. 042f 0. 586a p 0. 031(7) YA 6
-0. 0580. 3640. 012
(8) TiN R Z =30. 21V f a p
对回归系数进行F 检验(置信度=0. 99) , 结果较显著, 预报值与实际值误差在5%以内
。
f f
0. 6450. 613
a p a p
0. 9400. 918
(1) (2) (3)
YT15 F Z =1724. 62V -0. 042f 0. 745a p 0. 850
-0. 0800. 6900. 913
(4) YiN F Z =1715. 86V f a p
对回归系数进行F 检验(置信度=0. 99) , 结果较
显著, 预报值与实际值误差在8%以内。3. 2 表面粗糙度实验结果及分析
四种刀具材料切削奥贝可锻铸铁的切削用量—R Z 单因素实验结果见图4~6
。
图6 a p —R Z 的关系
在切削前后, 对奥贝可锻铸铁的表面层金相组织
进行观察, 发现经切削加工后, 其金相组织发生明显变化, 晶粒明显变细、变密, 而且组织中的残余奥氏体量由切削前的25%~30%变为15%~18%。测量奥贝氏体切削前后的硬度, 其值为34~36HRC, 较原始硬度提高了7个数值。可见, 奥贝可锻铸铁的加工硬化程度较严重。3. 3 刀具耐用度
[4]
图4 R Z —V 关系图
由图4可见, V 对R Z 的影响较大, R Z 随V 的变化
规律与V 对F Z 的影响规律相似。在V ≤30m /min 时, 已加工表面出现许多凹坑, 原因是在此切速下形成挤裂切屑和单元切削所造成的; 而在30m /min≤V ≤50m /min 时形成的粘接物对表面粗糙度造成一定影
四种刀具材料中, TiN (涂层) 刀具的耐用度最高, 其余依次是YA 6、Y T 15、YG 8。实验中发现四种刀具材料主要发生后面磨损, 伴随轻微的边界磨损, 在副后面出现沟槽磨损; 在较大切削深度、较高切速时, 会出现月牙洼磨损; YG8在较高速切削时, 出现轻微刀尖塑性流动; Y T 15在低切速时出现脆性剥落, TiN 则出
··
砂轮变速磨削的试验研究
吉林工学院 韩相吉 马世骧 冀清发 吉林工业大学 于骏一
摘要 对砂轮变速磨削抑制颤振的效果进行了试验研究。试验考查了砂轮变速幅度、变速频率及变速波形对抑振效果的影响, 正交试验和单因素试验结果表明, 变速磨削抑振效果显著。关键词 试验研究 抑制颤振 变速磨削 砂轮
削中, 磨削速度将以一定的变速幅度、一定的变速频率及一定的变速波形围绕某一基本转速作周期变化。本文对变速磨削抑制和延缓颤振的效果进行了实验研究。
1 前言
磨削加工中产生的振动会降低加工表面质量, 影响磨削生产率的提高, 严重时甚至会使加工无法进行下去。磨削加工中的振动一般有两大类, 即强迫振动和颤振, 强迫振动产生的原因和解决的方法都比较成熟; 而颤振的机理研究尚不够完善, 解决的方法也不够理想。因此, 寻求有效的抑制和延缓磨削颤振的方法是人们重视和研究的课题。
一般认为再生型颤振是磨削加工中颤振的主要形态。抑制再生颤振的方法有许多, 变速磨削方法就是其中之一。所谓变速磨削就是人为地以各种方式连续改变磨削速度所进行的一种加工方式。变速方式一般有砂轮变速、工件变速、砂轮与工件同时变速。在变速磨现涂层剥落; 在中低切速时, 刀具磨损带上有明显的冷焊坑和一些粘接物。3. 4 切屑形态
切屑形态主要有弧形、圆锥状螺旋形、管状、垫圈形及发条形等, 伴随着还出现大量的粒状切屑。四种刀具材料的屑形随切削速度提高而使切屑变长。每种刀具的屑形基本在≤30m /min,30~50m /min, ≥50m /min这三个切速下保持一致。在V =30~50m /min时, YA 6、Y T 15、YG 8出现管状、垫圈形甚至带状切屑等易生成粘接物的切屑, 而且在切屑底面明显存在因粘接作用而产生的流度层流速缓慢的外观; 随进给量和切深增大, 切屑朝容屑系数较大的屑形变化, 切屑变长。切屑颜色在中速以上呈灰、蓝色, 表明切削温度很高。
[4]
2 试验装置
试验是在M 1432外圆磨床上进行的, 对工件进行外圆纵向磨削, 试验装置及测试仪器配置如图1所示。
砂轮的无级调速通过交流变频器控制砂轮头架电机实现; 砂轮的变速参数, 如转速变动幅度、转速变动频率及转速变动波形均由信号发生器控制变频器自动实现。砂轮任意时刻的瞬时转速通过安装在砂轮头架主轴端部的测速电机测出, 转速信号经低通滤波器和电平转换CRAS 动态信号分析仪。变速磨削过程中的力和表面粗糙度的波动;
(2) 奥贝可锻铸铁的切屑形态普遍较好, 且可控性较好。在30m /min≤V ≤50m /min时, 出现有利粘接物生成的切屑形态;
(3) 建议采用较低进给量及较高切速和中等切深加工奥贝可锻铸铁, 可获得小切削力、小表面粗糙度值、一定的耐用度及良好的切屑形态。
参
考
文
献
1 周 勇. 奥贝氏体可锻铸铁切削加工性及表面形变强化工艺研究. 昆明工学院硕士学位论文, 1995.
2 陈日曜主编. 金属切削原理. 北京:机械工业出版社, 1985. 3 周泽华 主编著. 金属切削理论. 北京:机械工业出版社, 1992. 4 周 勇. 奥贝氏体可锻铸铁切削加工中的刀具磨损. 工具技术,
1996(12)
第一作者:周 勇, 南京市御道街29号南京航空航天大学326信箱, 邮编:210016
(编辑 周富荣)
(收修改稿日期:1997—11—13)
4 结论
(1) 切削奥贝可锻铸铁, 因在30m /min≤V ≤50m /min时刀具—切屑之间发生粘接作用, 造成切削
·《》
ABSTRACTS &KEY WORDS
M AN U FAC TU RIN G TECHN OLO GY&M ACHIN E TOO L
N o. 6, 1998, T otal Issue No. 431
New Methods of Thermal Error Robust Modeling and Real Time Compensation System for NC machine Tools
Y ang J iang uo , et a l(8)
Abstract :In this paper , tw o new me tho ds o f ther mal er ro r r o-:one is th e bust modeling fo r N C machine too ls ar e pro po sed
compr ehe nsiv e ex treme v alue meth od, the o ther is the o ptimal ex pe riment desig n meth od . These two methods hav e the cha r-acteristics o f combining the sta tic theor y with machine str uc-tures, engineering judg ments and ex periences, w hich make th e ther mal er ro r mo dels mo r e r obust and accurate . Also , in this r esea rch, a new the rmal er ro r compensa tio n sy stem is dev el-oped which ca n elimina te the sta nd alone co mputer and reduce the size a nd cost of the system . M o re tha n 50tur ning center s ar e implemented w ith the compensa tio n sy stem in which th e tw o new modeling meth ods a re used , and almo st all turning centers g et go od r esults a nd the size va ria tio ns o f the par ts could be reduced fro m mo re than 35μm to less than 12μm, and the accuracy o f the machine is impro ved sig nificantly .
Key Words :N C M achine T oo l, Ther mal Err or , Robust M od-eling , Real Time Compensa tio n IGBT Half Bridge Inverter Pulse Power supply f or EDM
So ng Bo ya n, et al(10)
:The principle of inv er ter pulse po w er supply fo r elec-Abstract
trical discha rg e machining (EDM ) is pro po sed in this pape r. Half bridg e pow er circuit and IG BT po w er sw itch a re selected to dev elo p the new ty pe o f pulse po wer supply. The desig n method fo r w or king maga netic flux o f high frequency tra ns-fo rmer , Filte r inductio n in o utput circuit and RC absor b net-wo r k applied in inv erte r pulse po we r supply for EDM ar e sum-marized w ith the test o f machining pro cess , the dev eloped pulse po we r supply mee ts the need of machining per for mance o f r ough machining a nd middle finish machining. Co mpa red with the conv entional pulse pow er supply , the elec trical effi-ciency is raised fro m less than 25%to mor e tha n 80%, its v o l-ume a nd w eigh t are reduced to o ne tenth.
Key Words :EDM Pulse Pow er Supply , Inv erter , IGBT Data Transmission Between Machining center and Computer
Zhang B ing jie , et al (12) Abstract :A lo t o f use rs of machining center a re inte rested in the data tr ansmission betw een com puter and machining center by use of R S 232C inter face . In this paper , the serial asy n-ch ro no us comm unication by use o f RS232C is intro duced. Tak-ing co mmon used FAN U C sy stem a nd SIEM EN S system as ex -amples, seper atedly intr oduces the pa ramete rs setup, cable
co nnecting , opera tiv e procedures a nd points fo r a ttentio n dur-ing the da ta tr ansmission .
Key Words :M achining Ce nte r, Da ta T ransmissio n, Co mmuni-catio n, Inte rface
Investigation on Machinability of Austenite -Bainitic Malleable C ast Iron (AMI ) Zho u Yo ng , e t a l(20)
:In this paper , the inv estig ation is made on the Abstract
ma china bility of austenite-bainitic ma lleable cast iro n (AM I) , such as cutting fo rce, surface roug ness, cutter w ear a nd chip shape on ba sis o f numer ous experiments with fo ur cutter ma te-rials. Thro ugh ana ly zing o f th e ex pe riment r esults and o bser-v atio n o f abno rmal pheno mena a rised during turning o f AM I, th e r ules of tur ning pa ramete rs a ffec ting o n machinability a re co ncluded.
:Austenite -Bainitic M allea ble Cast Iro n (AM I ) , Key Words
M achina bility , T urning Para meter , Too l M a teri-al Experiment on Grinding with Varying Wheel Speed
Han Xiang ji, e t a l(22)
:An ex periment is made o n r esult of co ntro lling v ibr a-Abstract
tion with va rying speed g rinding. Th e ex periment inv estig ates th e effects of wheel speed v arying ra ng e, speed v ar ying fr e-quency a nd the va rying w av e shape on results o f v ibration co n-tro l. The nor mal and single facto r ex pe riments sho w that the v ibr atio n co ntolling r esult is g o od w ith v arying speed g rinding . Key Words :
Ex periment, Vibra tio n Contr ol, Va rying Speed G rinding , Grinding Wheel
Precision Machining of Optic Mirror Surface
Liao Yueming , e t a l(30)
:It intr oduces the sy stem structure a nd pro cessing pa-Abstract
rameter s when machining o ptic mir ro r surfaces a s Zernike. Al-so it prov ides inside structure and dy namic chara cteristic of the micro po sition fast serv o to ol holde r in detail .
Key Words :Zer nike O ptic M ir ro r Surface, N C ma chining , Ser-v o T oo l ho lder Research on Gr inding Technology of Ceramic Coated Precision Mirror Surf ace Zhang Feihu, e t a l(32)
:. An ex periment is made o n precision g rinding the Abstract
mir ro r suface of cer amic coa ted ma terial by use of metal-ba sed
ultr aha rd abra siv e w heel w ith on-line elec tro ly sis dr essing
techno lo gy . The result show s tha t v ery g oo d surface is achiev ed with lo w v alue rough ness.
:Coa ting , On -Key Words line Electr olysis Dr essing , M ir ro r
Sur face Grinding
-Ⅲ-