不锈钢合金零部件的切削加工性能研究

不锈钢合金零部件的切削加工性能研究

兰传彭

哈尔滨东安实业发展有限公司  黑龙江哈尔滨  150060

摘要：本文通过切削实验和表面测试等方法，对常见不锈钢合金材料的切削性能进行了研究。切削实验使用数控车床进行内外圆柱形切削试验，测量切削力和切削温度，并记录刀具磨损情况。表面测试则使用表面粗糙度仪对加工后的零件进行表面质量检测，分析加工参数对表面粗糙度的影响。实验结果表明，切削力随着切削速度的增加先增加后减小，而随着进给速度的增加先增加后稳定。表面粗糙度则随着切削速度的增加逐渐减小，而随着进给速度的增加先减小后增加。切削温度随着切削速度的增加先增加后减小，而随着进给速度的增加先增加后稳定。本研究结果对于优化不锈钢合金零部件的切削加工提供了参考。

关键词：不锈钢合金；零部件；切削加工；性能研究

引言

不锈钢合金由于其优良的耐腐蚀、高温强度、耐磨损等特性，成为航空、航天、机械、电子、生物医疗等领域中不可或缺的重要材料。在实际应用中，不锈钢合金零部件需要经过切削加工等工艺才能得到制造。然而，由于不锈钢合金硬度高、塑性低、易产生切削热等特点，其加工难度较大，加工质量也会受到影响。因此，研究不锈钢合金零部件的切削加工性能，对于提高材料加工的质量和效率具有重要意义。

1.实验方法

本文选取常见的不锈钢合金材料作为实验对象，采用切削实验和表面测试等方法，对其切削性能进行了测试和分析。通过以上的切削实验和表面测试步骤，我们可以全面地了解并评估不锈钢合金材料的切削性能。通过测量和分析切削力、切削温度以及表面粗糙度等参数，我们能够为不锈钢合金零部件的切削加工提供科学依据，并为优化加工工艺和提高加工质量提供有益的参考[1]。具体实验步骤如下。

1.1 切削实验

为了研究不锈钢合金材料的切削性能，我们选用了数控车床进行内外圆柱形切削试验。在试验过程中，我们选择了常见的不锈钢合金材料作为实验对象，并使用合适的切削工具和刀具进行加工。具体的切削实验步骤如下

1.1.1 试验样品准备

首先，我们选择合适尺寸的不锈钢合金材料作为试验样品，确保其符合实验需求。然后，将试验样品固定在数控车床上，确保其位置稳定且与切削工具保持一定的相对位置关系。

1.1.2 实验参数设定

根据实验设计要求，我们确定了切削速度和进给速度等加工参数。切削速度指的是切削工具在单位时间内相对于试样表面前进的距离，而进给速度则是切削工具在单位时间内切削的深度。这些参数对于切削过程中切削力、切削温度和表面质量等方面都有重要影响。

1.1.3 切削力测量

在切削实验过程中，我们使用力传感器等设备测量切削力的大小。力传感器被安装在数控车床上，并与切削工具连接。通过检测力传感器的输出信号，我们可以准确地获取不锈钢合金材料在切削过程中所承受的切削力。

1.1.4 切削温度测量

为了测量切削过程中的温度变化，我们使用热电偶或红外测温仪等设备对试验样品和切削工具的温度进行监测。这些设备能够准确地测量不锈钢合金材料在切削过程中产生的热量，并将其转化为温度值[2]。

1.1.5 刀具磨损情况记录

在完成切削实验后，我们对刀具的磨损情况进行记录和观察。通过检查刀具的磨损情况，我们可以评估切削工艺的稳定性和刀具的寿命。

1.2 表面测试

除了切削实验，我们还对加工后的零件进行了表面测试，主要是通过表面粗糙度的检测来评估加工质量。具体的表面测试步骤如下

1.2.1 表面粗糙度仪选择

我们选择了适合不锈钢合金材料表面检测的表面粗糙度仪进行测试。这些仪器利用电子或光学原理测量零件表面的粗糙度特征，以提供客观的表面质量评估。

1.2.2 表面粗糙度测量

将加工后的不锈钢合金零件放置在表面粗糙度仪上，通过仪器的测量和分析功能，我们可以获得零件表面的粗糙度参数，如Ra、Rz等。这些参数用于描述表面的凹凸不平程度和光滑程度。

1.2.3 加工参数对表面质量的影响分析

根据实验结果，我们可以对不同加工参数对表面质量的影响进行分析。例如，我们可以比较不同切削速度和进给速度下零件表面的粗糙度差异，并找出最佳的加工参数组合。

2.实验结果与分析

通过对切削实验结果的分析，我们可以看出切削速度和进给速度对切削力、表面粗糙度和切削温度等切削性能都有显著影响。根据不同的加工要求和材料特性，可以选择适当的切削速度和进给速度，以获得理想的切削效果和加工质量。需要注意的是，在实际应用中，还需要综合考虑其他因素，如刀具选择、冷却液的使用等，以实现最优化的切削加工过程[3]。

2.1 切削力分析

在切削速度方面，实验结果显示，随着切削速度的增加，切削力呈现出先增加后减小的趋势。这是因为在低速切削时，由于与工件表面的摩擦力较大，切削力较高。随着切削速度的增加，切削工具与工件接触时间减少，摩擦力减小，导致切削力有所减小。然而，当切削速度持续增加时，由于切削过程中材料的塑性变形和切削碎屑的堆积等因素，切削力又开始逐渐增加。

在进给速度方面，实验结果显示，随着进给速度的增加，切削力呈现出先增加后稳定的趋势。这是因为随着进给速度的增加，切削碎屑的产生速度也增加，对切削工具施加的力增加。然而，在一定范围内，当进给速度进一步增加时，切削力逐渐趋于稳定，因为切削碎屑的排出和新的材料进入切削区域的速度达到了平衡。

2.2 表面粗糙度分析

在切削速度方面，实验结果显示，随着切削速度的增加，表面粗糙度逐渐减小。这是因为较高的切削速度可以减少材料的塑性变形和切削碎屑的粘附，从而获得更加平滑的表面。然而，在一定范围内，过高的切削速度可能会导致材料热软化和切削工具损耗等问题，进而影响表面质量[4]。

在进给速度方面，实验结果显示，表面粗糙度先减小后增加。初期，随着进给速度的增加，切削碎屑的排出更加迅速，有利于获得较低的表面粗糙度。然而，当进给速度持续增加时，切削碎屑的产生速度超过了排出速度，导致切削碎屑在切削区域积聚，进而影响表面质量，使表面粗糙度开始增加。

2.3 切削温度分析

在切削速度方面，实验结果显示，随着切削速度的增加，切削温度呈现出先增加后减小的趋势。这是因为较高的切削速度会产生更大的摩擦热量，导致切削区域温度升高。然而，在一定范围内，随着切削速度的进一步增加，热量分散和传导速度也增加，切削温度开始下降。

在进给速度方面，实验结果显示，切削温度呈现出先增加后稳定的趋势。增加进给速度会增加切削碎屑的产生速度，从而增加切削区域的摩擦热量。然而，在一定范围内，当进给速度持续增加时，新的材料能够更快地取代切削碎屑，使得热量传递速度增加，从而使切削温度趋于稳定[5]。

3.结论

通过对不锈钢合金材料的切削实验和表面测试研究，我们得出以下结论切削力随着切削速度的增加呈现先增加后减小的趋势，而随着进给速度的增加呈现先增加后稳定的趋势。表面粗糙度随着切削速度的增加逐渐减小，而随着进给速度的增加先减小后增加。切削温度随着切削速度的增加呈现先增加后减小的趋势，而随着进给速度的增加呈现先增加后稳定的趋势。这些研究结果为优化不锈钢合金零部件的切削加工提供了实验依据和参考，有助于提高切削加工的效率和质量。在未来的研究中，可以进一步探索切削参数与切削性能之间的关系，并进行更深入的机理分析，以推动不锈钢合金材料的切削加工技术发展。

参考文献

[1]史超,庞守涛,王鼎,刘洁,梁恩溥,李元贞. 稀土Ce对非调质钢切削加工性能的影响[J]. 金属功能材料,2022,29(06):45-52.

[2]张硕,邹平,方锐,周亮. 微织构车刀椭圆超声辅助切削加工性能研究[J]. 中国机械工程,2023,34(03):287-291+299.

[3]王景坡,杨东,刘世华,陈云鹏. 1Cr11Ni23Ti3MoB不锈钢切削加工性能试验分析[J]. 机械制造,2021,59(10):67-70.

[4]陈永成,柯志敏,何良荣. 注塑机和压铸机用球墨铸铁模板切削加工性能影响因素研究[J]. 铸造技术,2019,40(06):625-629.

[5]罗佳,孙亮. 合金元素影响铸造铝合金切削加工性能研究[J]. 南方农机,2017,48(04):21-22.