GrWMn材料提高表面质量的方法

论文题目:GrWMn材料提高表面质量的方法专业:机械制造及其自动化班级:机自071班学号:200780724116姓名:穆仕昌指导老师:陈剑飞中原工学院二零一零年五月六号CrWMn刀具在加工轴时处理表面质量问题的方法摘要本文对在加工轴过程中出现的轴表面质量达不到加工要求有了更好的解决办法，这主要体现在对GrWMn刀具的精度以及硬度等个方面的要求有了更多的解决方案关键词几何角度、金相组织、切削用量、切削液、积削瘤CrWMnCUTTINGTOOLAXISSURFACEQUALITYPROBLEMDEALINGAbstractThisarticleappearedinthecourseofprocessingtheshaftaxissurfacemachiningrequirementsofqualityreachabettersolution,whichismainlyreflectedinGrWMnprecisiontoolsandotheraspectsoftherequiredhardnesshasmoresolutionsKeywordsCuttingAngles、mechanicalProperties、OptimizatlonofMachining、cuttingfluid、Positivetumorcut前言：就当今的加工轴工艺来说轴的一般材质是45#钢，相对于GrWMn来说由于加工一般都是大批量生产所以经常出现加工一段时间后其表面质量达不到要求，不过在此经过长时间的探索与实验发现期间不外乎刀具几何角度、GrWMn的金相组织、切削用量、切削液等等几方面。实验：1改变GrWMn刀具几何角度减小残留面积高度，将会提高轴的表面质量现将外圆车刀的主要几何角度及影响列出参考：1.前角的主要作用：使车刀刃口锋利，减少切削变形，降低切削力。当采用负前角时，可使刀片受压而不受弯（硬质合金刀片较脆，抗压强度较高，抗弯强度较差）。通常取小的正前角，如切削铸铁时产生崩碎屑，冲击性的切削力作用在刃口附近。零件材料较软，切削力和切削热较小，前角取大些。反之，去小些。前角过大，刀刃易磨损或崩。2.后角的主要作用：减少刀具与工件间的摩擦和刀具后面的磨损。当前角确定后，后角越大，刃口越锋利，可提高表面加工粗糙度，但刀具强度下降，散热条件差等。粗车时，取小后角（5—7°），精车时，后角取大些（8—12°）。3.主偏角的作用：可改变切削厚度和宽度。改变主偏角，可改变径向力Py和轴向力Ｐx的比例。减小主偏角，刀尖强度加强，提高刀具耐用度；增大主偏角，可使Py力下降，Px力增加，易产生震动。4.副偏角的作用：减少刀具后面与工件已加工面间的摩擦。减小副偏角，可提高零件表面的粗糙度。一般取3—10°。5.刃倾角λ的作用：控制切屑的流出方向。λ为正值时（0—4°），切屑流向已加工面，碰毛零件。λ为0°值，切屑基本垂直主刀刃流出。λ取负值时（0～－4°），适用精车，刀具强度小。所以，将副偏角减小到3—10°比较利于提高表面质量。先利用控制变量法，取3°，7°，12°的副偏角的等条件车刀对3个不同轴进行加工，结果发现7°副偏角加工的轴表面质量最好。因此，将副偏角控制到7°有利于提高轴表面质量。2通过工件热处理改善GrWMn刀具金相组织，细化晶粒能提高轴的表面质量图2所示为等温温度对CrWMn奥氏体的影响．由图2可见．随着等温温度的升高，其残余奥氏体量逐渐下降，当等温温度为260℃和290℃时，该钢几乎测不出残余奥氏体。CrWMn钢的Ms点为260℃，在260℃以下的温度进行等温温度时会发生马氏体相变．温度越高．马氏体的切变阻力越小．奥氏体转变越完全。因此，随等温温度升高，残余奥氏体量下降。当等温温度为260℃和290℃时．该钢发生的是贝氏体相变。在贝氏体相变中，由于过冷奥氏体会析出碳化物(MC)而降低奥氏体中碳和合金元素的含量．使奥氏体的稳定下降．这时绝大部分奥氏体转变成了贝氏体．即使残余了极少量的奥氏体，也会因检测方法的限制而无法测出，因此在x射线圈中未出现残余奥氏体的衍射峰。通常在260℃-280℃范圈内(mB—m8+3O℃范圈内)进行等温淬火，形成下贝氏体组织，可以获得满意的强度和韧性H]。1)CrWMn钢中的残余奥氏体的含量随淬火温度的升高开始逐渐增加．在820~C左右达到最大值。2)在分级淬火时，随等温温度升高，残余奥氏体的含量逐渐下降，在26O℃和280℃时．残余奥氏体基本消除。3改变切削用量减小切削过程中的塑性变形，以减低表面粗糙度切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。一制订切削用量时考虑的因素1.切削加工生产率2.刀具寿命3.加工表面粗糙度在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。二刀具寿命的选择原则切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点：1.根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。2.对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。3.对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。4.车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。5.大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。三切削用量制定的步骤1.背吃刀量的选择2.进给量的选择3.切削速度的确定4.校验机床功率四提高切削用量的途径1.采用切削性能更好的新型刀具材料；2.在保证工件机械性能的前提下，改善工件材料加工性；3.改善冷却润滑条件；4.改进刀具结构，提高刀具制造质量。一切屑形成过程及变形区的划分大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区(剪切滑移)、第二变形区(纤维化)、第三变形区(纤维化与加工硬化)。二积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。积屑瘤是如何形成的?1.切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。2.当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。3.如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。4.这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系，4.积屑瘤对切削过程的影响1.实际前角增大它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。•增大切削厚度•使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。•对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。防止积屑瘤的主要方法1.降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2.采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3.采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4.增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；5.适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。结论:在实际加工过程中，用GrWMn材质的刀具在大批量加工45#钢轴时，选用合适的几何角度刀具既有利于刀的寿命，同时能够在出现相同的磨损情况前能够加工更多的轴，并且又能保证轴的表面质量；通过多刀具刀刃进行热处理改善其金相组织，细化晶粒使其韧性、耐磨性和耐热性提高，这样可以在加工轴期间确保了其表面质量；适当的减少切削用量可以降低加工轴的塑性变形，这样有利于轴的表面质量得以更好的保障；在加工过程中切削液势必不可少的一项，但对于怎样用好就需要根据加工的不同阶段，刀具同被加工轴间的温度、粘度不同选用合适的切削液；同时对加工期间时预防积削瘤的产生也是一种提高轴表面质量的方法。