切削参数对高速铣削Stellite6合金切削温度影响的研究

蔡琨; 姜增辉; 牟强; 李明刚; 周超

doi:10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.005

切削参数对高速铣削Stellite6合金切削温度影响的研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.005

蔡琨^1,,
姜增辉^1, ,,
牟强²,
李明刚²,
周超¹

1.
沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳 110159
2.
四川南山射钉紧固器材有限公司，四川宜宾 644100

详细信息

作者简介:
蔡琨，男，1998年生，硕士，研究方向为先进数控技术及应用。E-mail：cai_kun8@163.com

通讯作者:
姜增辉，男，1971年生，博士，教授，主要研究方向为高速切削技术、绿色制造技术和数控加工技术。E-mail：jiangzenghui@vip.163.com

中图分类号: TG501.1
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出版历程
- 收稿日期: 2023-04-17
- 录用日期: 2023-07-13

Study on the influence of cutting parameters on the cutting temperature of high-speed milling Stellite6 alloy

1.
School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, CHN
2.
Sichuan Nanshan Powder Actuated Fastening System Co., Ltd., Yibin 644100, CHN

摘要

摘要: Stellite6合金是以钴铬钨为主要元素的高温合金，红硬性好但导热性能差，在切削加工时刀具与切屑接触区域易产生较高的温度。建立Stellite6合金切削仿真模型，确定试验方法及条件，运用正交试验与仿真研究每齿进给量、切削速度和切削宽度对切削温度的影响规律，使用极差分析法和方差分析法获得铣削参数对切削温度影响的主次顺序，得到以最小切削温度为目标的最优切削参数，并建立了切削温度的经验计算公式。
- Stellite6合金 /
- 高速铣削 /
- 切削温度 /
- 切削参数 /
- 正交试验
Abstract: Stellite6 alloy is a high temperature alloy with cobalt, chromium and tungsten as the main element. It has good red hardness but poor thermal conductivity. During cutting, the contact area between the tool and the chip is easy to produce higher temperature. The cutting simulation model of Stellite6 alloy is established, and the experimental methods and conditions are determined. The influence of feed per tooth, cutting speed and cutting width on cutting temperature is studied by orthogonal test and simulation. The range analysis method and variance analysis method are used to obtain the primary and secondary order of the influence of milling parameters on cutting temperature. The optimal cutting parameters with the minimum cutting temperature as the goal are obtained, and the empirical calculation formula of cutting temperature is established.
- Stellite6 alloy /
- high-speed milling /
- cutting temperature /
- cutting parameters /
- orthogonal test

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图 1 工件仿真模型

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图 2 试验工件

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图 3 刀柄与刀片的实体

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图 4 刀柄与刀片的模型

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图 5 高速铣削仿真温度云图

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图 6 加工动态图

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图 7 FLUKE红外热像仪测量试验切削温度云图

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图 8 仿真切削温度与试验切削温度的对比

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图 9 切削速度对切削温度的影响规律

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图 10 每齿进给量对切削温度的影响规律

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图 11 轴向切深对切削温度的影响规律

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图 12 径向切深对切削温度的影响规律

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表 1 Stellite6合金的 J-C模型参数

A/MPa	B/MPa	C	m	n	T_r/ ℃	T_m/ ℃
520	947	0.0125	1.33	0.92	20	1350

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表 2 Stellite6合金的基本性能参数

密度ρ/（kg/m³）	强度E/GPa	摩擦系数μ	硬度/HRC
8960	218	0.34	43

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表 3 正交仿真试验因素水平表

水平	因素
水平	A：切削速度 v_c /（m/min）	B：进给量 f_z /（mm/z）	C：轴向切深 a_p /mm	D：径向切深 a_e / mm
1	70	0.08	0.4	18
2	80	0.12	0.6	24
3	90	0.16	0.8	30
4	100	0.20	1. 0	36

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表 4 高速铣削Stellite6合金的L₁₆（4⁴）切削温度仿真结果

序号	v_c/（m/min）	f_z/（mm/z）	a_p/mm	a_e/mm	T/ ℃
1	70	0.08	0.4	18	626.57
2	70	0.12	0.6	24	707.55
3	70	0.16	0.8	30	752.79
4	70	0.20	1.0	36	790.81
5	80	0.08	0.6	30	695.93
6	80	0.12	0.4	36	735.15
7	80	0.16	1.0	18	769.36
8	80	0.20	0.8	24	761.71
9	90	0.08	0.8	36	775.09
10	90	0.12	1.0	30	834.88
11	90	0.16	0.4	24	745.35
12	90	0.20	0.6	18	757.87
13	100	0.08	1.0	24	759.48
14	100	0.12	0.8	18	794.39
15	100	0.16	0.6	30	828.78
16	100	0.20	0.4	36	820.61

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表 5 高速铣削Stellite6合金的L₁₆（4⁴）切削温度试验结果

序号	试验测量瞬时切削温度（5次）					平均切削温度T/ ℃
序号	T₁/ ℃	T₂/ ℃	T₃/ ℃	T₄/ ℃	T₅/ ℃	平均切削温度T/ ℃
1	631.4	647.2	663.1	651.5	646.7	647.98
2	686.4	691.2	687.2	683.7	674.6	684.62
3	691.5	709.4	694.7	689.2	718.1	700.58
4	736.2	728.8	718.5	731.3	741.4	731.24
5	676.5	679.1	719.8	684.4	701.5	692.26
6	697.5	705.7	704.2	713.1	692.2	702.54
7	692.6	717.2	705.1	713.8	691.5	704.04
8	725.3	749.1	718.9	716.2	730.4	727.98
9	709.3	694.6	719.8	686.3	685.2	699.04
10	730.3	715.4	724.8	750.1	746.8	733.48
11	703.3	711.3	726.8	697.2	739.1	715.54
12	718.9	730.2	745.3	733.1	716.6	728.82
13	749.3	736.4	733.9	753.8	728.6	740.4
14	726.2	740.4	725.6	763.2	758.3	742.74
15	768.3	782.8	769.7	743.8	751.6	763.24
16	740.5	763.1	754.4	771.4	763.3	758.54

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表 6 Stellite6合金切削温度的仿真极差分析表

试验	k_i	铣削参数
试验	k_i	v_c/（m/min）	f_z/（mm/z）	a_p/mm	a_e/mm
试验切削温度T	k₁	719.43	714.267 5	731.92	737.047 5
	k₂	740.537 5	767.992 5	747.532 5	743.522 5
	k₃	778.297 5	774.07	770.995	778.095
	k₄	800.815	782.75	788.632 5	780.415
	极差R	81.385	68.482 5	56.712 5	43.367 5
	因素主次	v_c>f_z>a_p>a_e
	最优方案	A₁B₁C₁D₁

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表 7 Stellite6合金切削温度的试验极差分析表

试验	k_i	铣削参数
试验	k_i	v_c/（m/min）	f_z/（mm/z）	a_p/mm	a_e/mm
试验切削温度T	k₁	691.105	694.92	706.15	705.895
	k₂	706.705	715.845	717.235	717.135
	k₃	719.22	720.85	717.585	722.39
	k₄	751.23	736.645	727.29	722.84
	极差R	60.125	41.725	21.14	16.945
	因素主次	v_c>f_z>a_p>a_e
	最优方案	A₁B₁C₁D₁

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表 8 仿真切削温度的方差仿真分析

因素	离差平方和	自由度	均方	F比值	显著性
v_c	16 100.659 8	3	5 366.886 6	22.398 6	*
f_z	11 482.629 7	3	3 827.543 3	15.974 2	*
a_p	7 537.693 8	3	2 512.564 6	10.481 4	*
a_e	6 169.259 7	3	2 056.419 9	8.582 4	—
e	718.824 4	3	239.608 1	—

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表 10 回归分析表

类别	R	R²	F	临界值	显著性
仿真	0.9740	0.9486	40.5117	F_0.01(4,11)=5.67	**
试验	0.9640	0.9292	36.0826	F_0.01(4,11)=5.67	**

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表 9 试验切削温度的方差试验分析

因素	离差平方和	自由度	均方	F比值	显著性
v_c	7 812.569 8	3	2 604.19	40.852 5	**
f_z	3 558.368 2	3	1 186.122 7	18.607 0	*
a_p	895.948 6	3	298.649 5	4.685 0	—
a_e	745.920 2	3	248.640 1	3.900 5	—
e	191.238 4	3	63.746 1	—

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参考文献(12)

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切削参数对高速铣削Stellite6合金切削温度影响的研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.005

作者简介:
蔡琨，男，1998年生，硕士，研究方向为先进数控技术及应用。E-mail：cai_kun8@163.com

通讯作者:
姜增辉，男，1971年生，博士，教授，主要研究方向为高速切削技术、绿色制造技术和数控加工技术。E-mail：jiangzenghui@vip.163.com

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doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.005

作者简介: 蔡琨，男，1998年生，硕士，研究方向为先进数控技术及应用。E-mail：cai_kun8@163.com

通讯作者: 姜增辉，男，1971年生，博士，教授，主要研究方向为高速切削技术、绿色制造技术和数控加工技术。E-mail：jiangzenghui@vip.163.com

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蔡琨，男，1998年生，硕士，研究方向为先进数控技术及应用。E-mail：cai_kun8@163.com

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