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蠕墨铸铁铣削机理及其应用研究
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摘要
HX型气缸盖是HX型大功率内燃机车柴油机的核心部件之一,是典型的多面多孔系的箱体类零件,其结构复杂、精度要求高。为适应柴油机高性能的要求,HX型气缸盖选用了蠕墨铸铁材料,是一种典型的难加工材料。在加工工序中,HX型气缸盖的铣削加工是影响加工效率的重要环节。
     本文从生产实际需求出发,以提高铣削加工效率为目的,应用山特维克H13A无涂层刀片和GC1020涂层刀片进行铣削加工试验,对蠕墨铸铁材料铣削机理进行了试验研究。对铣削试验的切屑形态、切削力、刀具磨损以及加工表面情况各因素进行综合分析和研究,选用合理刀具与铣削优化参数,结合生产实际应用,从而获得较为合理的、优化的HX气缸盖工艺参数。同时又对蠕墨铸铁铣削机理进行建模仿真研究,进一步为实际应用提供指导。本文的主要研究内容如下:
     1.根据蠕墨铸铁切削特点,选用了H13A无涂层刀片和GC1020涂层刀片,采用正交试验设计方法,建立了以切削速度、每齿进给量和切深为因素的三因素四水平的试验方案。
     2.通过对试验中的切屑形态、切削力、刀具磨损以及加工表面情况进行评价和分析,并建立切削用量对切削力和表面粗糙度( Ra)的多因数交互的回归模型,深入系统地研究蠕墨铸铁的铣削机理。
     3.根据试验数据,采用多目标优化的方法对切削参数进行优化,将其应用到气缸盖加工中,对应用的效果进行评价分析并推广。
     4.利用试验数据进行建模仿真研究,从理论上验证蠕墨铸铁铣削机理的试验结论。
The HX type cylinder head is a key part of the diesel engine used in HX type high power diesel locomotive, which is a typical box structure with multiple faces and holes. Its structure is complex and accuracy requirement is high. In order to adapt to the high performance required by the diesel engine, HX type cylinder head chooses Compacted graphite iron is chosen as the HX type cylinder head material which is difficult to machine. Among all the machining processes, the milling operation is a critical and influences the machining efficiency significantly.
     This research is based on the current production demand, aiming at promoting the milling efficiency. In the milling test H13A uncoated insert and GC 1020 coated insert from Sandvik was used, and the milling mechanism on the Compacted graphite iron was analysed in terms of chips form, cutting force, tool wear and the finished surface quality. After choosing reasonable inserts and obtaining optimized parameters with the consideration of real production, we can get reasonable and optimized process parameters for HX type cylinder head. Meanwhile, this research carries out the finite element simulation analysis on the Compacted graphite iron milling mechanism to guide the practical application.
     1.According to the characteristic of Compacted graphite iron, H13A uncoated insert and GC1020 insert was chosen it this research. Orthogonal experimental design method was applied with three factors—cutting speed, feed rate and cutting depth which all are divided into 4 different levels.
     2.The cutting chip form, cutting force, tool wear and surface machining condition were evaluated and analysisd and a multiple-factors interactive and regressive model was built where cutting force and surface roughness(Ra) is a function of cutting parameters to deeply understand the milling mechanism of Compacted graphite iron.
     3.According to test data, the cutting parameters was optimized through optimizing multiple targets then the parameters was applied in the cylinder head machining. the application result was evaluated and the parameters was popularized.
     4.Modeling simulation research was carried out based on the test data to verify the reliability of the test conclusion on the Compacted graphite iron in theory.
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