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铣削减材工艺对激光熔覆增材Fe45合金表面质量的影响研究

周俊 舒林森 王家胜

周俊, 舒林森, 王家胜. 铣削减材工艺对激光熔覆增材Fe45合金表面质量的影响研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.005
引用本文: 周俊, 舒林森, 王家胜. 铣削减材工艺对激光熔覆增材Fe45合金表面质量的影响研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.005
ZHOU Jun, SHU Linsen, WANG Jiasheng. Research on the effect of milling process on surface quality of laser claddingadditive Fe45 alloy[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.005
Citation: ZHOU Jun, SHU Linsen, WANG Jiasheng. Research on the effect of milling process on surface quality of laser claddingadditive Fe45 alloy[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.005

铣削减材工艺对激光熔覆增材Fe45合金表面质量的影响研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.005
基金项目: 国家自然科学基金(51505268);陕西省教育厅专项科研计划项目(21JK0562);国防科技重点实验室基金(JCKY61420052022);陕西省教育厅2023年度一般专项科学研究计划项目(23JK0357);陕西理工大学科研项目(SLGKYXM2306)
详细信息
    作者简介:

    周俊,男,1988年生,工程师,研究方向为难加工材料精密加工技术。 E-mail:zhouchongyi132@163.com

    通讯作者:

    周俊,男,1988年生,工程师,研究方向为难加工材料精密加工技术。 E-mail:zhouchongyi132@163.com

  • 中图分类号: TN249,TG54

Research on the effect of milling process on surface quality of laser claddingadditive Fe45 alloy

  • 摘要: 针对激光熔覆增材再制造Fe45合金表面质量差,不能满足精密机械零部件的功能和装配要求,对激光熔覆层进行铣削减材加工。文章研究了铣削减材工艺对铣削力、表面粗糙度以及微观形貌的影响规律,采用正交试验方法进行了铣削减材试验。通过方差和极差分析方法,评价了主轴转速S、进给速度F、切削深度ap对熔覆成型件铣削力和表面粗糙度的影响规律;从微观角度分析了铣削减材工艺对表面形貌和切屑的影响。结果表明,铣削减材工艺参数对成型表面质量影响较大,其中对铣削力影响最大的是铣削深度,对表面粗糙度影响最显著的是进给速度;Fe45激光增材成型件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由13.68 μm最低可降至1.7 μm,降低了87.6%。由实验可知,铣削减材工艺能够大幅提高激光熔覆增材再制造Fe45合金表面质量,对激光熔覆涂层机械加工具有指导意义。

     

  • 图  1  Fe45合金粉末的显微形貌

    图  2  激光熔覆增材制造系统

    图  3  Fe45激光熔覆成型试样

    图  4  铣削试验系统

    图  5  铣削过程铣削力变化曲线

    图  6  铣削工艺参数对铣削力的影响

    图  7  铣削工艺参数对表面粗糙度的影响

    图  8  铣削工艺参数对表面形貌的影响

    图  9  铣削深度ap=0.3 mm下的表面形貌

    图  10  铣削工艺参数对切屑形态的影响

    表  1  Fe45合金粉末的化学成分 (%)

    材料 化学成分
    C Si Mn Cr Mo Fe
    Fe45合金 0.4 2.5 1.3 5.6 2.86 其余
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    表  2  因素水平表

    水平 因素
    A主轴转速n/(r/min) B进给速度F/ (mm/min) C铣削深度ap/mm
    1 2 000 120 0.1
    2 2 600 150 0.3
    3 3 200 180 0.5
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    表  3  正交试验方案

    序号 因素
    A主轴转速n/ (r/min) B进给速度F / (mm/min) C铣削深度ap/mm
    1 2 000 120 0.1
    2 2 000 150 0.3
    3 2 000 180 0.5
    4 2 600 120 0.3
    5 2 600 150 0.5
    6 2 600 180 0.1
    7 3 200 120 0.5
    8 3 200 150 0.1
    9 3 200 180 0.3
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    表  4  正交试验铣削力及表面粗糙度

    因素 A B C Fx/N Fy/N Fz/N F/N Ra/μm
    1 2 000 120 0.1 1.38 2.25 2.07 3.3 2.72
    2 2 000 150 0.3 2.79 13.43 2.29 13.91 1.98
    3 2 000 180 0.5 4.86 37.49 1.19 37.82 2.36
    4 2 600 120 0.3 1.79 13.67 3.05 14.12 2.31
    5 2 600 150 0.5 1.94 47.44 6.21 47.89 1.96
    6 2 600 180 0.1 1.51 7.97 7.66 11.16 1.73
    7 3 200 120 0.5 0.99 44.64 6.51 45.11 3.48
    8 3 200 150 0.1 1.10 5.60 6.19 8.42 1.70
    9 3 200 180 0.3 1.04 36.49 11.29 38.21 2.41
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    表  5  铣削力极差分析表

    径向铣削分力Fx 主铣削力Fy 轴向铣削分力Fz 铣削合力F
    水平 A B C A B C A B C A B C
    1 3.01 1.37 1.33 17.72 20.18 5.27 1.85 3.88 5.31 18.36 20.86 7.64
    2 1.74 1.94 1.87 23.03 22.16 21.19 5.64 4.89 5.54 24.36 23.41 22.08
    3 1.04 2.47 2.59 28.91 27.32 43.19 7.99 6.71 4.63 30.58 29.06 43.61
    极差 1.97 1.08 1.26 11.19 7.13 37.92 6.15 2.84 0.91 12.22 8.20 35.96
    排秩 1 3 2 2 3 1 1 2 3 2 3 1
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    表  6  铣削合力方差分析表

    因素 偏差平方和 自由度 F
    A 224.11 2 2.12
    B 105.72 2 1.00
    C 1 965.07 2 18.59
    误差 105.73 2
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    表  7  表面粗糙度极差分析

    水平 因素
    A B C
    1 2.35 2.84 2.05
    2 2.00 1.88 2.23
    3 2.53 2.16 2.60
    极差 0.53 0.96 0.55
    排秩 3 1 2
    主次顺序 B>C>A
    最优水平 A2 B2 C1
    最优组合 A2B2C1
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    表  8  表面粗糙度方差分析表

    因素 偏差平方和 自由度 F
    A 0.43 2 3.34
    B 1.46 2 11.19
    C 0.47 2 3.64
    误差 0.13 2
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  • 录用日期:  2023-11-10
  • 修回日期:  2023-06-30

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