高速铣削304不锈钢铣削力及表面粗糙度的试验研究_尹亮.pdf
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1、高速铣削 304 不锈钢铣削力及表面粗糙度的试验研究*尹亮(包头职业技术学院 机械工程系,内蒙古 包头 014030)摘要:304 不锈钢具有优良的抗氧化性和抗腐蚀性,其结构性能和物理化学性质比较稳定,但在切削的过程中,由于产生的热能较高,因此其表面质量无法有效把控。本文针对其难以加工的特性,对其进行深入的分析,分别从轴向切削深度、铣削速度、进给量与径向切削深度四个方面,对铣削力以及表面粗糙度的影响规律进行研究。本次研究对正交实验结果采用最小二乘法进行分析,并构建铣削力及加工表面粗糙度与切削参数之间的经验模型,进而确定了合理的铣削参数。结果表明:当径向切削深度在 2 3mm 之间,进给量在 0
2、 10 0 15mm/r 之间,轴向切削深度在 0 7 08mm 之间,铣削速度在 450 500m/min 之间时,铣削参数最为适宜。关键词:高速铣削;304 不锈钢;铣削力;表面粗糙度Study on the Milling Force and Surface oughness ofHigh speed Milling 304 Stainless SteelYin Liang(Mechanical Engineering Department,Baotou Vocational Technical College,Baotou,Inner Mongolia 014030)Abstract:
3、304 stainless steel has excellent antioxidation and anticorrosion Its structural properties and physical and chemi-cal roperties are relatively stable,but the surface quality cannot be effectively controlled owing to the high heat in the cuttingprocess This paper studied the effects of milling force
4、 and surface roughness from the axial cutting depth,the milling speed,the feed rate and radial cutting depth The orthogonal experiment results are analyzed in this study by least square methodand constructs the empirical model between milling force and surface roughness and cutting parameters to det
5、ermine the rea-sonable milling parameters The results shows that the parameters are the most appropriate when the radial cutting depth isbetween 2 and 3mm,the feed rate is between 0 10 and 0 15mm/r,the axial cutting depth is between 0 7 and 0 8mm andthe milling speed is between 450 and 500m/minKey w
6、ords:high speed milling;304 stainless steel;milling force;surface roughness304 不锈钢不但硬度、强度较高,其高温耐腐蚀性也是十分优越,其综合性能十分优良,因此在航空、医疗、船舶等高技术领域应用广泛。1 切削力在切削加工中具有不可忽视的作用,其变化情况会对刀具的使用寿命以及表面质量产生直接影响。现阶段,对涂层刀具高速铣削高强度钢的铣削力研究仍然不够完善,因此本篇文章以 TiAIN 涂层刀具为例,采用高速铣削加工的方式,进行铣削力和表面粗糙12023 年 3 月第 24 卷第 1 期包 头 职 业 技 术 学 院 学 报
7、JOUNAL OF BAOTOU VOCATIONAL TECHNICAL COLLEGEMarch 2023Vol 24 No 1*收稿日期:2022-08-01作者简介:尹亮(1979 ),男,四川宜宾人,副教授,内蒙古自治区教坛新秀,教育部“中西部高等学校青年骨干教师国内访问学者”,研究方向为机械设计制造及其自动化。度与铣削参数之间的规律研究,以供参考。1高速铣削的特点高速铣削是指采用高的进给速度和小的切削参数,其优点首先是效率高,加工时主轴最高转速可达到 100000r/min,正常情况下转速也保持在 15000r/min 至 40000r/min 之间。在进行切削钢时,切度削速能够达
8、到 400m/min,与普通铣削加工相比,高出约 5 至 10 倍。在进行模具型腔加工时,其效率也能够提升 4 至 5 倍;其次是精度高,高速铣削的加工精度能够保持在 10m,有时甚至更高;再次是表面质量高,使用高速铣削方式进行加工时,其工件温度上升情况保持在 3左右,由于温度变化较小,因此工件表面不易产生变质层或者微裂纹的情况,以及热变形情况也微乎其微。同时表面粗糙度能够控制在1m 以下,在后期进行加工的过程中,能够有效的降低抛光和磨削的工作强度;最后是能够对高硬材料进行加工,其最高铣削硬度可达 60HC。2 2切削实验本次实验选用的实验设备以及工具情况如下,首先立式 JC 30Ca 型号加
9、工中心作为实验机床,304 不锈钢作为实验材料,刀具选用型号为 D8 2060 4F 规格的四刃直柄平底立铣刀。采用顺铣,干切削无切削液,空冷的方式,3 在正交实验设计的过程中,要采用四因素五水平的方式对其进行科学合理的设计,在对铣削力,表面粗糙度进行数据分析时,采用极差法。本次实验的主要原理,见图 1。图 1实验原理图3实验结果分析3 1轴向切削深度与铣削力、表面粗糙度之间的影响关系轴向切削深度与铣削力、表面粗糙度之间的影响关系,具体数据可参考表 1 和表 2。表 1ap与 F 之间的影响关系轴向切削深度(ap/mm)0 40 50 60708铣削力(F/N)Fy7059587879铣削力(
10、F/N)FX3238365758铣削力(F/N)FZ2019122015表 2ap与 a之间的影响关系轴向切削深度(ap/mm)0405060 70 8表面粗糙度 a/m056048051031020通过表 1 各项数据的显示,可以得出:主铣削力为 Fy,通过数据显示,随着轴向切削深度的不断加大,铣削力 Fy和 FX总体呈现上升的趋势,而 Fz 的铣削力始终较为平稳地保持在 10N 至 20N 之间。轴向切削深度增加,表明材料的厚度和体积都在增加,导致切削阻力变大,因此铣削力也随之增加。通过表 2 各项数据的显示,可以得出:随着轴向切削深度的不断增加,切削材料表面的粗糙度也在不断的下降,提升了
11、工件表面的质量。产生这种情况的主要原因在于,当切削深度较小时,表明切削材料的体积较小,因此在切削的过程中,无法将产生的热量有效地带走,会使得工件表面由于热量过大,从而发生变形的情况,将增加粗糙程度;4 其次通过表 2 可以看出,当切削深度为 0 5mm 至 0 6mm 时,随着切削深度的增加,表面粗糙度也随之增加,这是由于随着切削深度的不断加大,阻力增加,铣削力加大,因此会出现刀尖磨损的情况,使得工件表面质量呈现下降状态;最后随着纵向深度的继续加深,切屑能够将加工过程中产生的热量大面积地带走,因此有效降低了工件表面出现变形的情况,降低了表面粗糙度。3 2铣削速度与铣削力、表面粗糙度之间的影响关
12、系铣削速度与铣削力、表面粗糙度之间的影响关系,具体数据可参考表 3 和表 4。表 3vc与 F 之间的影响关系铣削速度(vc/mmin1)300350400450500铣削力(F/N)Fy9182797562铣削力(F/N)FX3043393940铣削力(F/N)FZ1314131818表 4vc与 a 之间的影响关系铣削速度(vc/mmin1)300350400450500表面粗糙度 a/m050048041035040通过表 3 各项数据的显示,可以得出:主铣削力为 Fy,随着铣削速度的不断增加,铣削力也随之不断下降,出现该种情况的主要原因是:随着铣削速度的增加,剪切角也在不断的扩大,剪切
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