基于超临界CO2冷却的SA508-3钢铣削加工方法

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法。

背景技术：

1、sa508-3钢具有强度高、韧性好、辐照脆化敏感性低等特点，广泛应用于核电压力容器、蒸发器和稳压器等核心构件，其在机械加工中存在切削力大、切削区温度高、刀具磨损严重等问题，导致加工表面粗糙度及平面度差，从而导致构筑界面愈合效果差，是制约构筑成形技术应用的技术瓶颈。

2、目前，国内外对sa508-3钢铣削加工的研究和探索较少，未有一种适合的加工方法，导致sa508-3钢表面加工质量差，刀具寿命短。

3、现有技术中，为有效降低切削过程中的切削温度和切削力，常采用切削液进行润滑冷却，但由于构筑成形技术对板材加工表面清洁度有较高要求(≤10rfu)，要求采用干切削方式进行加工；采用液氮(-196℃)和干冰(-78.5℃)低温冷却铣削加工技术，可有效改善切削区温度，但润滑效果不佳，但是，液氮冷却温度过低(冷却温度可低至-196℃)，易引发被加工材料的低温脆性、冷作硬化以及刀具材料的热疲劳失效，导致切削力增大，刀具热疲劳失效。

技术实现思路

1、为解决sa508-3钢铣削加工中存在的切削力大、切削区温度高、刀具磨损严重等问题，本发明要提供一种基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，可在有效降低切削温度和刀具磨损的同时，降低工件表面粗糙度、提高加工表面洁净度。

2、本发明采用的技术手段如下：基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，包括如下步骤：

3、步骤1、检查并确保数控加工中心的各个轴系的工作特性正常，待机预热至机床达到热稳定，所述数控加工中心置于预设恒温、恒湿及空气清洁度的超精密加工实验室内；

4、步骤2、将sa508-3钢工件固定安装于加工中心工作平台虎钳上；

5、步骤3、装夹好刀具，并利用加工中心自身测量系统确定加工原点；

6、步骤4、利用硬质合金刀具对sa508-3钢工件在预设切削参数下进行粗切加工，并根据切削参数和刀具参数进行加工路径生成，所述预设切削参数包括轴向切削深度、径向切削深度、进给速度和主轴转速；

7、步骤5、将超临界co2冷却装置的喷嘴与机床主轴相连，将两个喷嘴对准刀尖位置，喷嘴距刀尖距离为5～10mm，喷嘴与机床主轴轴向方向夹角30°～40°；

8、步骤6、开启超临界co2冷却装置，调整超临界co2冷却装置的输出参数，所述输出参数包括co2输入压力和压缩空气压力，将超临界co2喷雾聚焦在刀尖位置；

9、步骤7、利用红外测温仪测量超临界co2冷却装置喷嘴出口温度，待出口温度达到预设温度范围时，利用al2o3涂层硬质合金刀具对sa508-3钢工件在预设切削参数下进行精加工，并根据切削参数和刀具参数进行加工路径生成；

10、步骤8、依次关闭超临界co2冷却装置及数控加工中心，取下sa508-3钢工件，干燥后进行保存，得到超临界co2冷却铣削加工的sa508-3钢加工表面。

11、进一步地，所述的粗加工的切削参数设置为：ap＝0.5mm，ae＝20mm，fz＝0.2mm，n＝1200r/min，其中ap为轴向切削深度，ae为径向切削深度，fz为每齿进给量，n为主轴转速。

12、进一步地，所述的数控加工中心为具有x轴、y轴和z轴的三轴数控加工中心。

13、进一步地，所述的切削方式为端面铣削方式。

14、进一步地，所述的sa508-3钢形状为长方体，长度为200mm、宽度为100mm、高度为50mm。

15、进一步地，所述的硬质合金刀具为85°平行四边形11°后角铣削刀片，刀具的刃口半径为0.8mm。

16、进一步地，所述的al2o3涂层硬质合金刀具为85°平行四边形，11°后角铣削刀片，刀具的刃口半径为0.8mm。

17、进一步地，所述的超临界co2冷却装置co2入口压力设置为7.5mpa。

18、进一步地，所述的精加工的切削参数设置为：ap＝0.2mm，ae＝20mm，fz＝0.1mm，n＝1800r/min，其中ap为轴向切削深度，ae为径向切削深度，fz为每齿进给量，n为主轴转速。

19、本发明采用超临界co2冷却铣削来实现sa508-3钢铣削加工，在工件粗加工后，在超临界co2冷却条件下，用al2o3涂层硬质合金刀具进行铣削加工，与sa508-3钢其他铣削加工方法对比，本发明具有以下优点：

20、1、本发明在超临界co2冷却铣削sa508-3钢时，可充分发挥超临界co2冷却的优势，有效利用超临界co2升华吸热冷却和改善切削区润滑条件的双重作用，尤其是改善切削区如的润滑冷却状态，降低切削温度，提高工件表面加工质量和刀具寿命。

21、2、本发明的超临界co2的强效冷却效果可降低工件表面和刀具表面温度，在一定程度上提高工件材料脆性，有利于断屑并降低刀具表面的切屑粘结，抑制刀具表面积屑瘤的产生，从而保证加工表面质量和提高。

22、3、本发明的超临界co2喷射到切削区后快速升华，气体膨胀可有效清除切削区的切屑，降低了工件表面和刀尖处切屑的粘结，避免了切屑对表面加工质量的影响。

23、4、本发明的超临界co2对非极性有机化合物具有极强的溶解能力，能有效减少已加工表面的污染物，提高加工表面洁净度。

24、5、本发明的超临界co2在喷出后会自然蒸发，无需进行后处理，减少了后续处理成本，安全环保。

25、6、本发明的al2o3涂层硬质合金刀具的切削寿命为200min，sa508-3钢的表面粗糙度由1.5μm降至0.8μm，切削力由248n降为132n，切削温度由450℃降为274℃，且工件表面均匀性较好，无凹坑和微裂纹等加工缺陷。

26、7、基于上述理由，本发明可在低温铣削技术领域广泛推广。

技术特征：

1.基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的粗加工的切削参数设置为：ap＝0.5mm，ae＝20mm，fz＝0.2mm，n＝1200r/min，其中ap为轴向切削深度，ae为径向切削深度，fz为每齿进给量，n为主轴转速。

3.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的数控加工中心为具有x轴、y轴和z轴的三轴数控加工中心。

4.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的切削方式为端面铣削方式。

5.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的sa508-3钢形状为长方体，长度为200mm、宽度为100mm、高度为50mm。

6.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的硬质合金刀具为85°平行四边形11°后角铣削刀片，刀具的刃口半径为0.8mm。

7.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的al2o3涂层硬质合金刀具为85°平行四边形，11°后角铣削刀片，刀具的刃口半径为0.8mm。

8.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的超临界co2冷却装置的co2入口压力设置为7.5mpa。

9.根据权利要求1所述基于超临界co2冷却的sa508-3钢铣削加工方法，其特征在于：所述的精加工的切削参数设置为：ap＝0.2mm，ae＝20mm，fz＝0.1mm，n＝1800r/min，其中ap为轴向切削深度，ae为径向切削深度，fz为每齿进给量，n为主轴转速。

技术总结
本发明公开了一种基于超临界CO<subgt;2</subgt;冷却的SA508‑3钢铣削加工方法，采用超临界CO<subgt;2</subgt;冷却铣削来实现SA508‑3钢铣削加工，可充分发挥超临界CO<subgt;2</subgt;冷却的优势，有效利用超临界CO<subgt;2</subgt;升华吸热冷却和改善切削区润滑条件的双重作用，尤其是改善切削区如的润滑冷却状态，降低切削温度，提高工件表面加工质量和刀具寿命。本发明的超临界CO<subgt;2</subgt;的强效冷却效果可降低工件表面和刀具表面温度，有利于断屑并降低刀具表面的切屑粘结，抑制刀具表面积屑瘤的产生，从而保证加工表面质量和提高。本发明的超临界CO<subgt;2</subgt;喷射到切削区后快速升华，气体膨胀可有效清除切削区的切屑，降低了工件表面和刀尖处切屑的粘结，避免了切屑对表面加工质量的影响。

技术研发人员：郭江,王钦强,赵勇
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14