【摘 要】
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蠕墨铸铁作为新一代柴油发动机材料,因其具备良好的抗拉强度、导热性、抗疲劳强度和耐磨性等性质,被汽车制造领域广泛关注,许多企业也已陆续开展了柴油发动机材料的升级革新。蠕墨铸铁虽具有良好的力学性能,但相比于传统材料灰铸铁,蠕墨铸铁的可加工性大幅降低,加工过程中刀具磨损严重,导致加工效率降低,成本增高,严重阻碍了蠕墨铸铁在汽车制造业领域的大批量生产与应用。企业在蠕墨铸铁批量化加工中,没有明确的刀具选用规
【基金项目】
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潍柴动力股份有限公司与大连理工大学签署的校企合作项目:蠕墨铸铁切削技术研究与推广应用;
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蠕墨铸铁作为新一代柴油发动机材料,因其具备良好的抗拉强度、导热性、抗疲劳强度和耐磨性等性质,被汽车制造领域广泛关注,许多企业也已陆续开展了柴油发动机材料的升级革新。蠕墨铸铁虽具有良好的力学性能,但相比于传统材料灰铸铁,蠕墨铸铁的可加工性大幅降低,加工过程中刀具磨损严重,导致加工效率降低,成本增高,严重阻碍了蠕墨铸铁在汽车制造业领域的大批量生产与应用。企业在蠕墨铸铁批量化加工中,没有明确的刀具选用规范和相对应的加工参数加剧了刀具磨损,进一步降低了加工效率。刀具类型、加工工艺、材料性能以及加工方式之间的匹配性对刀具寿命、加工质量以及加工效率有着至关重要的影响。本文通过大量的车削、铣削和钻削试验,结合切削仿真模拟和企业现场加工验证,确定不同加工方式下的刀具选型及相对应的加工参数组合,优化企业的蠕墨铸铁批量化加工工艺,保证蠕墨铸铁生产加工的高质量、高效率进行。通过材料和力学试验,确定企业铸造的蠕墨铸铁的材料参数和材料性能,结合Power-law本构方程,建立蠕墨铸铁材料的有限元仿真模型,对不同加工条件下的蠕墨铸铁切削进行切削力和切削温度等的模拟和预测。进行不同涂层刀具车削蠕墨铸铁试验,结果表明,使用硬度高、耐磨性较好的化学气相沉积(CVD)厚涂层硬质合金刀具,在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,线速度Vc=190 m/min的加工参数组合下进行切削,能够获得最好的刀具寿命和加工质量。试验结果得到了企业现场小批量车削加工的生产验证,减小了实际加工中的换刀频率,大大提高了加工效率。使用企业生产现场卧式加工中心进行蠕墨铸铁铣削试验,结果表明,选用整体韧性强度更高,稳定性更强的物理气相沉积(PVD)薄涂层硬质合金刀具,配合大前角槽型,能够在获得良好的铣削加工质量的同时,保证流水线加工的稳定运行。设计蠕墨铸铁钻削加工正交试验,通过灰色关联度分析方法对试验结果中的刀具磨损、钻削轴向力以及加工效率进行综合分析,确定出最优的加工参数组合。使用PVD涂层硬质合金钻头,在低线速度(Vc=60 m/min)和高进给量(f=0.25 mm/r)的加工参数可以保证在加工稳定的情况下,减小刀具磨损,提升加工效率。本文研究成果在企业批量化加工蠕墨铸铁中得到了验证,并且已经应用于小批量加工蠕墨铸铁过程中,推动了蠕墨铸铁在汽车制造业领域的应用。
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