GH4169高温合金电塑性辅助铣削实验研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengzi1022
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镍基高温合金GH4169综合性能优异,尤其在高温条件下仍具有很高的强度和硬度,在航空航天事业中应用广泛。然而GH4169普通切削加工极其困难,加工效率低、加工成本高,这严重限制了其在工业中的应用。通过优化加工工具和参数等方法也取得了一些成果,但收效甚微。在特殊加工工艺的研究中电塑性加工因加工效率高、能耗少和费用低而受到广泛关注。电塑性效应能提高材料塑性、改善加工特性,因此本文将电塑性辅助加工方式引入到GH4169铣削加工过程中,研究发现电塑性辅助切削对解决GH4169切削加工难题有显著效果。利用Maxwell软件对工件内部电流分布进行了仿真分析,结果表明:通入脉冲电流后圆柱体工件相对长方体工件集肤效应更加明显,长方体工件表面不同位置和不同深度处电流密度大小差异明显;工件截面尺寸越小,电流分布越均匀;施加的有效电流大小不影响电流整体分布规律,但脉冲电流频率对电流分布影响明显,随着脉冲电流频率的增大,集肤效应越来越显著。在仿真的基础上通过实验研究了集肤效应对电塑性铣削加工的影响,结果表明:边缘区域的平均切削力和表面粗糙度明显小于中间区域,切削位置对加工效果的影响不可忽略;相比于普通铣削,电塑性铣削Z轴平均切削力在0.2~0.4 mm切深时显著降低,表面粗糙度在0.1~0.3mm切深时明显下降,不同切削深度下电塑性铣削不仅能降低切削力,还能改善加工质量。通过研究电流密度对切削力、切削温度、表面粗糙度和刀具磨损的影响规律,发现电流密度越大,越有助于材料的切削加工。但当电流密度达到一定值后再继续增加实验效果并不会正比例地持续显著提高,切削力从明显降低到趋于平稳,切削温度降低后又逐渐增大,表面粗糙度变化也越来越微弱,刀具磨损量从急剧减小到轻微缓解。对两种状态下刀具磨损机理进行对比分析发现:不通电时刀具以磨粒磨损和扩散磨损为主,伴随着轻微的粘结磨损和氧化磨损;通入脉冲电流时刀具的磨粒磨损减轻,但粘结磨损和氧化磨损更加严重。基于田口法设计了实验,以降低平均切削力为目的优化加工参数,通过部分因子实验确定切削速度、切削深度、每齿进给量和脉冲电流密度四因子之间的交互作用都不显著,根据各个工艺参数信噪比变化趋势得到本次实验参数范围内最佳的一组因子水平为:切削速度为120 m/min,切削深度为0.1 mm,每齿进给量为0.22 mm/z,电流密度为14.28 A/mm~2。
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