cbn刀具车削zl205a5b4c复合材料的工艺研究.pdf

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CBN刀具车削ZL205A 5B4C复合材料的工艺研究 B4C复合材料的
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2009年第8卷第10期(忘第132期) CBN刀具车削ZL205A/584C复合材料的工艺研究 李淑芬,林建军,董海静 北京航空材料研究院。北京100095 l 15 摘要:通过CBN刀具车削ZL205MB..E复合材料的试验研究,考察了CBN刀具的耐磨损性,切削参数对刀具耐用度和表面粗糙 度Ra的影响。总结出了CBN刀具更适合加工ZL205A/B,C复合材料以及较合理的切削参数。指出在一定切削条件下,v=30.-,40m/min 时。综合效益最佳。 关键词:CBN刀具;切削参数;磨损;ZL205MB..C复合材料 中图分类号:TG71 文献标识码:A 文章编号:1671—8089(2009)10-0115-03 一、前言 随着航空、航天技术的发展,对材料轻量化、高强度的要求日 益提高,ZL205MSB4C复合材料是一种新研制出的能满足特殊物 理性能要求的轻型复合材料,但足材料B4C成分较大,其是硬度 很高的硬质相(硼碳化合物的显微硬度为Hm7300—10000),非常 耐磨。硬质合金刀具在对其车削时,磨损、崩刃、剥离非常严重,无 法正常加工;而CBN立方氮化硼刀具是一种超硬的能以车代磨 的刀具,其中CBN硬质合金复合体刀具,层状复合体是在硬质合 金的基体底片上,在高温高压下凝结成一层厚度为0.5一lmm的 CBN多晶体耐层,CBN多晶体由无数取向不一的晶粒组成,不易 沿单一的解理面裂碎,其切性高、硬度高、稳定性和耐冲击性好, 又由于强度较好的硬质合金层起支撑作用,增强了CBN层的抗 冲击性,使其耐磨性和红硬性得以充分发挥,鉴于CBN具有很高 的硬度、抗压强度、热稳定性、化学惰性和极好的导热性。因此我 们决定用CBN立方氮化硼刀具车削ZL205M584C复合材料,并 对其车削工艺进行探研。 二、车削条件 车床:普通CY6140车床:材料:为航空用制件ZL205M584C 复合材料;装夹方式:双顶尖装夹;冷却方式:煤油冷却。ZL205M 5B‘复合材料力学性能参数。CBN刀具的几何参数及力学性能 参数见表l、表2和表3 表1 ZL205A/SB4C复合材料力学性能参数 抗拉强度盯b(KN) 屈服强度aO.20(Ⅻ 延伸率8(%) 弹性模茸M(cPa) 309.4 289.8 12.34 127.18 表2 CBN刀具的几何参数 前角 后角 主偏角 刀尖圆弧半径 一50 一3。 900 O.1—0.2ram 表3 CBN刀具的力学性能参数 密度 显微维氏硬度 抗压强度 抗弯强度 导热系数 热稳定性 (咖m’) (x 107pa) (xlo]Pa) (×lO_7Pa) W,(m·k) (℃) 3.12 6000—8000 230—500 46—53 3.1 。1300 三、CBN刀具车削磨损试验 在采用相同的切削条件下:v--40m/min、f=O.1mm/r、aP---0.1mm, 我们用一把YDl5硬质合金车刀切削zL205A/584C复合材料与 图1 YDl5硬质合金刀具的磨损形态 之对比:试验结果表明,切削形态均为C形屑,刀具磨损的主要 形式为后刀面磨损,硬质合金刀具在车削时,磨损、崩刃、剥离非 常严重,无法正常加工;如图1的图片所示: 而CBN刀具却反之。这一点由磨损曲线图2可进一步证实, CBN刀具对硬质合金刀具难以切削的ZL205M584C复合材料能 进行长时间稳定切削,显示了优良的切削性能。这是由于CBN刀 具具有非常好的耐磨性和红硬性造成的。因此我们认为CBN刀 具更适合加工ZL205M584C复合材料。 1 120 ; ∞ 辎 盥柏 恒 R 也0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 切削时闻T(mln) 图2 CBN刀具和YDl5硬质合金刀具车削zL205A/584c的磨损曲线 四、切削用量三要素的选择 (--)切削参数对刀具耐用度T的影响。在切削用量三要素 中,我们主要探讨v对T的影响,因为v向来是影响刀具耐用度 的最主要因素;同样CBN刀具在加工ZL205M584C复合材料也 作者简介:李淑芬。工程师,北京航空材料研究院从事各种航空材料机械加工工艺研究。 万方数据 116 不例外,通过切削实验,发现切削速度v=20—50m/min时,刀具磨 损为正常磨损,在图3的对对数坐标中,、r.T在v=20-50m/min 范围内呈一条直线,符合泰勒刀具耐用度方程式v,1吨A,即刃具 耐用度曲线规律。图4显示切削速度为50m/min时CBN刀具切 削5min后的后刀面磨损形态的扫描电镜照片,表明刀具已发生 严重的剥落磨损。 言 。善 t丫 蹦 鹕l| 萎 墨 刀具耐用度T(mln) 图3切削速度对刀具耐用度的影响 图4 CBN刀具后面的磨损形态xS0 图5为切削速度同切削长度的关系,从中可以看出当v=30— 40m/rain时切削长度最长,刀具寿命也较高。此时,刀具成本、切 削长度、表面粗糙度和切削力等都处于优良状态。通过上述分析, 可以推荐v=30-.-40m/min为CBN刀具车削ZL205M5B,,C的最佳 切削速度。 800 700 奄600 叠i。0: 裹300 B 200 100 0 0 20 40 60 80 】00 120 切削速度v(m/rain) 图5切削速度同切削长度的关 (二)切削参数对表面粗糙度的影响。由于表面粗糙度足试 样件的主要技术要求之一,在实际应用中也是刀具耐用度的主要 判据之一,因此非常有必要弄清CBN刀具在加工ZL205M584C 复合材料时切削用量三要素,对表面Ra的影响,选择最佳的切 削用量,提高劳动技术含量,提高加工效率。图6、图7、图8为 CBN刀具在加工ZL205M584C复合材料时切削用虽三要数对表 面粗糙度Ra的影响。从图中可以看出,在一定范围内,切削深度 ~基本没有影响,而切削速度v、迸给量f对表面Ra的影响较 大,这是由于材料有硬质相B4c,较高硬度的碳化硼粒子起到了 防止黏着和阻挡犁削的作用。出现软基体表面的犁沟槽因硬粒 子阻挡而继续甚至终止的现象,而使入侵犁沟只出现在较软的基 2009年第8卷第10期(总第132期) 体上。造成在较低的切削速度和较大的进给量下,在工件表面上 可以看到有明显的鳞刺产生的现象。 冒 4 百3.2 蔻2.4 掣1.6 置0.8 僻0 乍4 嚅3.2 嚣2.4 甜 粥0 薹 4 i 3.2 螽2.4 捌1.6 蘑0-:{l硭 u O 0.1 0.2 0.3 0.4 切削深度a文mm) 图6切削深度对表面粗糙度的影响 0 15 30 45 切削速度v(m/min) 图7切削速度对表面粗糙度的影响 0 0.05 O.1 O.15 0.2 0.25 进给盛f(mm/r) 图8进给置对表面粗糙度的影响 图9和图lO为较低的切削速度和较大的进给量下加工的有 明显的鳞刺产生的表面的图片。 图9低速度下的表面鳞刺形态 图10大进给量下的表面鳞刺形态 (下转第39页) 万方数据 2009年第8卷第10期(忌第132期) 例明显偏高。其它经常无故缺课、旷课、离校出走。走上偷扒拐抢 等违法道路的情况也时有发生。 高等学校肩负着培养高层次人才的重任,特困生作为高校中 的—个特殊的弱势群体,他们同样也是国家建设的重要力量。特 困生工作是学生工作的重要组成部分。关系到学校的稳定及特困 生的健康成长。特困生问题又是一项综合问题,总结特困生教育 措施主要有以下几个方面: 首先,经济扶贫是解决特困生心理问题的前提。 1、建立和维护特困生档案,定期通过心理测试等多种方式了 解学生的心理健康情况并记录在案。 2、重视特困生奖助学金,严格审查申请学生条件,适当提高 特困生的获助几率,奖励一些品学兼优的特困生。设立特困学生 进步奖学金,奖励由于基础薄弱但努力学习的特困生。 3、完善助学贷款制度,助学贷款应成为帮助特困学生求学的 重要渠道。助学贷款是国家贴息,通过银行发放给提出申请履行 正常手续的贫困学生,两在将来必须偿还的低息贷款。它可以培 养特困生的信用意识,也是学生素质教育的一部分。 4、深化勤工助学制度,增设专业类、科研类助学岗位,可促进 特困生学习解困相辅相成。设立家教中心免费为特困生服务,作 为学生与需求家庭之间的桥梁,并登记聘请人资料使家教助学正 规化。 5、进一步完善学费、宿费减免制度,使更多的困难学生得到 帮助。 6、实行完全学分制,取消学年制,允许高校特困生在保留学 籍和学业成绩的前提下休学勤工助学。 7、加强与招聘单位的联系,广泛开展订单式人才培养,既可按 照单位的用人要求培养学生,又可以解决学生就业的后顾之忧。 其次,对高校特困生进行系统的思想教育,进行思想解困。我 们在解决特困生经济问题的同时,必须切实解决其思想问题,使 他们以良好的心态和自强不息、艰苦奋斗的精神挑战困难。 1、要树立拥有远大理想和抱负的正确的人生观。任何一个有 远大理想和抱负的青年大学生,都会自觉地把自己前途和命运与 国家和人民的命运紧紧联系在一起。高校要教育和引导特困生正 确看待自己面临的困难和挫折,鼓励特困生参与校内学生组织, 增强人际关系,化困难为力量,踏着困难向前,就一定能够冲破心 理樊篱,到达理想的彼岸。 2、开展诚信教育。以国家助学贷款的诚信教育为基础,多种 形式开展活动使学生牢固树立诚信意识,让诚信成为做人的首要 准则。 39 3、开展挫折教育。一些特困生自尊心较强又敏感,应帮助他 们解开心结,学会面对挫折和困难,树立正确的生活态度,在挫折 中成长进步。 4、开展艰苦奋斗教育。对特困生进行艰苦奋斗教育,不仅要 让他们养成勤俭节约、吃苦耐劳的生活习惯,更包括要形成勤奋 刻苦、奋发向上的学风,不畏艰难积极进取的精神状态和心理素 质。对特困生进行艰苦奋斗教育要和挫折教育结合起来。引导学 生转变思想观念,不要坐等资助.而要变资助为自助,尽量通过自 己的辛勤劳动获得报酬.敢于面对现实,克服困难.树立正确的价 值观。 最后,特困生问题不仅仅足经济问题,往往衍生出一系列的 心理问题。通过专业的心理教育,引导学生树立积极、健康的心 态。高校要建设适合实际情况的课程体系,进行系统教学,使学生 了解心理发展变化的规律,掌握心理调适及消除心理障碍的有效 方法,提高承受挫折、解决困难和适应环境的能力,完善个性,突 出特困生的“心理鹪困”。让他们明确心理素质在现代社会中的重 要性,并掌握一些心理调节方法.适时采用升华、宣泄、代偿、合理 化等调适技巧,舒缓不良情绪,缓解心理冲突,提高自身承受挫折 能力和抗干扰能力,形成良好的心理品质。在接受自我、悦纳自我 中,更好地发挥自身的潜能,迎接生活的挑战。 通过案例分析,使学生对常见的心理问题及其产生的原因、 主要表现等有所了解,以乐观向上、平和积极的心态面对学习、面 对人生。针对特困学生的心理教育形式可以是多种多样的,如可 以以人际交往、学习生活适应等为主题,开设专题的心理辅导课, 帮助学生解决问题。 总之。高校特困生现象是社会和高等教育发展到一定阶段的 特殊现象,正确引导特困生成才就必须深入特困生的生活,去了 解和探究他们因为经济贫困而产生的负面压力和影响.坚持经济 扶贫、思想解困与心理教育并举的方针,来引导特困生走出心理 压力的阴影。 参考文献: 【1】董培.高校特困生矛盾人格及其成因.红河学院学报,2006 f2】黄向真.高校特困生心理健康教育:问题与对策.福建师范 大学学报,2003 【3】廖传景.构建高校特因生心理健康教育模式的探讨.温州 大学学报,2004 【4】李静.高校特困生的不良心理状态分析及对策.河北青年 管理干部学院学报。2007 _一斗-+—+..+.+呻呻.+.+呻-+呻.+斗呻斗呻件呻—+斗斗-+呻件斗—+呻叶呻—+-—+—+.呻斗—+.斗斗斗斗呻斗—+_。。卜。 (上接第116页)通过上述论证,可以得出最佳的切削用量三要 素如表4所示:因为刀具耐用度,表面粗糙,切削力在此时均处于 最佳状态。 表4最佳的切削用量三要素 切削深度mm I 切削速度m/min 进给馈mndr o.1.0.2 30~40 0.09一O.15 五、结论 (一)在采用相同的切削条件下加工ZL205M5B。C复合材料, CBN刀具更适合加工ZL205M5B。C复合材料o (二)切削速度v的提高,导至切削力增大,切削温度升高,刀 具磨损加剧,严重影响刀具寿命。 (三)最佳的切削用量三要素为:切削深度a,---O.1加.2ram,切 削速度v=30—40mm[min,进给量f--O.09-0.15mm/r,因为刀具耐用 度,表面粗糙度,切削力在此时均处于最佳状态。 万方数据
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