Inconel 718 Obrábění pro vysokou - teplotní aplikace

1

Inconel 718 retains >Výnosová síla 600 MPa při 650 stupňů, takže je nezbytná pro disky turbíny a vložky na spalovací zařízení [1]. Konvenční obrábění způsobuje rychlé opotřebení nástroje a zbytkové napětí v tahu, což ohrožuje výkon únavy [2]. Hybridní kryogenní - Laserově asistované obrábění (CLAM) prokázala potenciál ke zmírnění těchto problémů [3], ale systematická data při reprezentativních tepelných zatížení zůstávají vzácné. Tato studie kvantifikuje výkon škeble proti základnímu chlazení povodně pomocí statisticky navržených experimentů a fyziky - založené na teplotním modelování.

2 Metody výzkumu
2.1 Experimentální design
Ortogonální pole Taguchi L9 bylo vybráno pro minimalizaci experimentálních běhů při zachycení prvních - objednávkových interakcí (tabulka 1). Nezávislé proměnné: řezná rychlost (VC), krmivo (F) a kapalina - tlak dusíku (P). Závislé proměnné: Životnost nástroje (T), opotřebení boku (VB), drsnost povrchu (RA), zbytkový napětí (σr).

Úrovně faktoru tabulky 1 pro pole L9
Úroveň|VC (M min⁻⁻)|F (mm rev⁻⁻)|P (MPA)
1 | 30 | 0.05 | 2
2 | 60 | 0.10 | 4
3 | 90 | 0.15 | 6

2.2 Materiál a nástroje
Obrobka: Řešení - Ošetřené a stárnoucí Inconel 718 (AMS 5662), tvrdost 44 ± 1 HRC. Řezací vložka: Sandvik CNMG 120408-PM, stupeň 1105 (Tialln-Tin vícevrstvá, 3,5 um). Držák nástrojů: PSBNR 2525M12, Úhel přístupu 75 stupňů, hraběcí 6 stupňů, clearance 5 stupňů.

2.3 Přístroje
Strojto stroj: dmg - mori nlx 2500 sy, maximální vřeteno 4 000 ot / min. Kryogenní dodávka: duální - tryská kapalina - dusík (tlak 0–8 MPa, tok 3–12 l min⁻). Laser pre - Heat: 500 W Fiber Laser (λ=1070 nm), průměr 2 mm, hustota výkonu 15 kW cm⁻².

2.4 Sběr dat
Síly měřené pomocí Kistler 9129AA triaxiální dynamometr; Signály byly vzorkované při 20 kHz a nízkých - průchodně filtrované při 1 kHz. Teplota rozhraní nástroje -chip zachycená duálním - vlnovým pyrometrem (1,5–1,8 um, 1 kHz). Zbytkové napětí stanovené pomocí x - Ray Difraction (metoda sin²ψ, cr - k záření) při 50 um přírůstcích. Drsnost povrchu zaznamenaná prostřednictvím Alicona InfiniteFocus G5 (0,01 µm vertikální rozlišení).

2.5 Tepelné modelování
Konstitutivní parametry Johnson - Kook byly znovu upraveny ze Split - Hopkinson testů při 25–800 stupňů a 10⁻³ - 10⁴ S⁻⁻ deformace. Zvýšení teploty v primární smykové zóně bylo předpovídáno pomocí Oxleyovy teorie obrábění spojené s koeficienty rozdělení tepla odvozeného z infračervené termografie.

3 výsledky a analýza
3.1 Mechanismy životnosti a opotřebení nástroje
Obrázek 1 ukazuje progresi opotřebení boku za tří strategií chlazení. Clam vykazoval rovnoměrné opotřebení růstu půdy (VB=0.3 mm po 28,7 min), zatímco povodňové chlazení dosáhlo nástroje - Životní kritérium po 12,1 min. Mikrografy SEM odhalily dominantní difúzní opotřebení v chlazení povodně, potlačené v škeble nižší teplotou rozhraní (ΔT ≈ 200 stupňů).

3.2 Integrita povrchu
Obrázek 2 kontrastuje RA a profily zbytkového napětí. Clam produkoval RA=0.31 ± 0,02 µm, ve srovnání s 0,47 ± 0,05 µm při povodňovém chlazení. Zbytkové napětí u škeble zůstalo kompresní (-380 ± 45 MPa) na 150 µm hloubku; Povodňové chlazení generovalo tahové napětí (+120 ± 30 MPa) při 50 µm.

3.3 Únava
Tři - Bod ohýbání (ASTM E466) při 650 stupňů prokázalo dvojí zvýšení cyklů na selhání (2,6 × 10⁵) pro vzorky škeble vzhledem k povodní - chlazené ovládací prvky (1,3 × 10⁵). Fraktografie potvrzená iniciace trhlin se posunula z povrchu na povrch -, konzistentní s kompresním zbytkovým napětím.

3.4 Validace modelu
Předpovídané primární smyk - Teplota zóny dohodnula do 8 % dat pyrometrie napříč všemi kombinacemi parametrů (r²=0.92). Kalibrovaný tepelný model umožňuje plánovačům procesů pre -- Vyberte parametry řezání, které udržují teplotu rozhraní pod 650 stupňů, což minimalizuje difúzní opotřebení.

4 Diskuse
4.1 Mechanismus potlačení opotřebení
Nižší teplota rozhraní při škeblech inhibuje oxidaci Tialln a snižuje difúzi pořadače kobaltu do čipu a prodlouží životnost nástroje. Laserové pre - Teplo moderuje tepelný šok z kryogenních trysek, což brání mikro - Chipping pozorované v předchozích kryogenních - pouze studií [4].

4.2 Tvorba zbytkového napětí
Tlakové napětí pochází z rychlého kryogenního zhášení obráběného povrchu. Laser pre - Tepelně kompenzuje nadměrné chlazení, což zabraňuje nukleaci křehké fáze (A - ni₃nb), které by mohlo ohrozit tažnost [5].

4.3 Omezení
Experimenty používaly nepřetržité otáčení; Přerušené řezání typické pro mletí může změnit oddíl tepla a zbytkový napětí. Anisotropie materiálu na padělaných discích nebyla řešena. Ekonomické hodnocení kapaliny - Spotřeba dusíku versus zisky produktivity čeká.

4.4 Praktické důsledky
Clam umožňuje suché nebo blízko - suché obrábění Inconel 718 komponent pro servis až 650 stupňů, čímž se snižuje odpad chladicí kapaliny o 78 % a inventář nástroje o 40 %. Integrace s adaptivním ovládáním založené na reálném - Časové tepelné zobrazování se doporučuje kompenzovat opotřebení vložení a variabilitu obrobku.

5 závěrů
Clam prodlužuje životnost nástroje 2.4 - Složte a zdvojnásobí únavovou životnost Inconel 718 komponent udržováním tlakového zbytkového napětí a nízké drsnosti povrchu při 650 stupňů. Ověřený tepelný model poskytuje reprodukovatelný rámec pro výběr parametrů. Budoucí práce by se měla zaměřit na zkoušky frézování a analýzu nákladů na životní cyklus.

Populární Tagy: Inconel 718 Obrábění pro vysokou - Teplotní aplikace, China Inconel 718 Obráběna pro vysokou - Výrobci aplikací teploty, dodavatelé, továrna