Mecanismul evolutiv și modelarea predictivă a uzurii sculelor în frezarea CNC a materialelor metalice superdure
Frezarea CNC (Computer Numerical Control) este o piatră de temelie a producției moderne, permițând producerea de componente complexe cu precizie și repetabilitate ridicate. Cu toate acestea, la frezarea materialelor metalice superdure, cum ar fi Inconel 718 și Hastelloy, uzura sculelor apare ca o provocare critică, afectând eficiența prelucrării, calitatea suprafeței și costurile de producție. Materialele superdure, adesea denumite superaliaje pe bază de nichel, sunt apreciate pentru proprietățile lor mecanice excepționale, inclusiv rezistență ridicată, rezistență la coroziune și stabilitate termică la temperaturi ridicate. Aceste atribute le fac indispensabile în industrii precum cea aerospațială, energetică și de prelucrare chimică, dar le fac și notoriu de dificil de prelucrat, ceea ce duce la o uzură accelerată a sculelor și la o durată de viață redusă a acestora.
Uzura sculelor în frezarea CNC este un fenomen complex, determinat de o combinație de interacțiuni mecanice, termice și chimice între scula așchietoare și piesa de prelucrat. Înțelegerea mecanismelor de evoluție ale uzurii sculelor și dezvoltarea de modele predictive precise sunt esențiale pentru optimizarea parametrilor de prelucrare, extinderea duratei de viață a sculelor și minimizarea costurilor de producție. Acest articol oferă o explorare cuprinzătoare a mecanismelor de evoluție ale uzurii sculelor în frezarea CNC a materialelor superdure, cu accent pe Inconel 718 și Hastelloy. Examinează mecanismele dominante de uzură, influența condițiilor de așchiere și tehnicile de modelare predictivă de ultimă generație utilizate pentru prognozarea uzurii sculelor. Sunt incluse tabele detaliate pentru a compara mecanismele de uzură, abordările de modelare și descoperirile experimentale, oferind o resursă riguroasă și științifică pentru cercetători și practicieni din domeniu.
## Materiale metalice superdure: Proprietăți și provocări
### Prezentare generală a materialelor superdure
Materialele metalice superdure, în special superaliajele pe bază de nichel, precum Inconel 718 și Hastelloy, sunt proiectate pentru medii extreme. Inconel 718, un aliaj nichel-crom, este renumit pentru rezistența sa ridicată la curgere (aproximativ 1,100 MPa), rezistența excelentă la coroziune și capacitatea de a menține proprietățile mecanice la temperaturi de până la 700°C. Compoziția sa, care include nichel (50-55%), crom (17-21%), fier, niobiu și molibden, contribuie la performanța sa excepțională în aplicații precum palele turbinelor cu gaz, componentele aerospațiale și reactoarele nucleare. În mod similar, Hastelloy, o familie de aliaje pe bază de nichel (de exemplu, Hastelloy C-22HS, Hastelloy X), se caracterizează prin rezistența și rezistența sa la coroziune, în special în procesarea chimică și în aplicațiile aerospațiale. Aliajele Hastelloy conțin de obicei nichel, molibden, crom și cantități mici de cobalt și tungsten, sporindu-le rezistența la coroziunea localizată și la oxidarea la temperaturi ridicate.
Proprietățile mecanice ale acestor materiale, deși avantajoase pentru aplicațiile lor finale, prezintă provocări semnificative în timpul prelucrării. Conductivitatea lor termică scăzută (aproximativ 11–15 W/m·K pentru Inconel 718) face ca căldura să se concentreze la interfața sculă-piesă, ducând la temperaturi ridicate de așchiere. În plus, prezența fazelor dure (de exemplu, γ″ și γ′ în Inconel 718, Ni2(Mo,Cr) în Hastelloy C-22HS) și a carburilor (de exemplu, TiC, NbC) crește abrazivitatea materialului, accelerând uzura sculei. Ecruisarea, un fenomen în care suprafața materialului se întărește în timpul prelucrării, exacerbează și mai mult uzura sculei prin creșterea forțelor de așchiere și a solicitărilor asupra sculei.
### Provocări de prelucrare
Prelucrarea materialelor superhard este în mod inerent provocatoare datorită durității lor ridicate (175-240 Brinell pentru Inconel 718 în condiții de frig la rece), conductivitate termică scăzută și tendință de formare a marginilor construite (BUE). Acești factori contribuie la mai multe dificultăți de prelucrare:
- ** Temperaturi ridicate de tăiere **: Conductivitatea termică scăzută a superaliajelor determină acumularea căldurii în zona de tăiere, care depășește adesea 650 ° C, care poate degrada materialele de scule și pot accelera uzura.
- **Uzură abrazivă**: Carburile dure și fazele din material abrazează suprafața sculei, ducând la uzură în flancuri și în crater.
- **Uzură adezivă**: Tendința superaliajelor de a adera la suprafața sculei formează uzură prin uzură prin uzură prin aderență (BUE), care poate duce la coroziunea și exfolierea.
- **Forțe de așchiere ridicate**: Rezistența ridicată și comportamentul la ecruisare al superaliajelor duc la forțe de așchiere crescute, crescând stresul asupra sculei și ratele de uzură.
- **Durata de viață scurtă a sculei**: Combinația de solicitări termice, mecanice și chimice reduce semnificativ durata de viață a sculei, necesitând schimbări frecvente ale sculelor și crescând costurile de producție.
Aceste provocări subliniază importanța înțelegerii mecanismelor de uzură a sculelor și a dezvoltării de modele predictive pentru optimizare proces de prelucrarede ex.
## Mecanisme de uzură a sculelor în frezare CNC
### Prezentare generală a uzurii sculelor
Uzura sculei în freza CNC este o degradare progresivă a instrumentului de tăiere din cauza interacțiunilor cu piesa de lucru sub tensiuni termice, mecanice și chimice ridicate. Se manifestă sub diverse forme, inclusiv uzura flancului, uzura craterului, uzura crestăturii, tăierea și fisurarea termică. Evoluția uzurii sculei urmează de obicei trei etape distincte:
1. **Stadiul de uzură inițială**: Caracterizată prin uzură rapidă datorată contactului inițial al sculei cu piesa de prelucrat, implicând adesea micro-ciobire și aderență.
2. **Stadia de uzură în stare staționară**: O perioadă de progresie relativ stabilă a uzurii, în care ratele de uzură sunt mai previzibile și influențate de parametrii de așchiere.
3. **Stadiul de uzură accelerată**: Marcat de deteriorare rapidă, ducând la defectarea sculei, adesea din cauza deteriorării cumulative cauzate de solicitări termice și mecanice.
În materialele superhard de frezare, mecanismele de uzură dominante includ uzura abrazivă, uzura adezivă, uzura difuzivă și fisurarea termică, fiecare influențată de proprietățile materialului, caracteristicile sculei și condițiile de tăiere.
### Uzură abrazivă
Uzura abrazivă apare atunci când particulele dure din piesa de prelucrat, cum ar fi carburile (de exemplu, TiC, NbC în Inconel 718), abrazează mecanic suprafața sculei. Acest mecanism este predominant pe fețele de flanc și de degajare ale sculei, ducând la pierderi uniforme de material și la formarea de zone de uzură. Studiile au arătat că uzura abrazivă este deosebit de semnificativă în frezarea de mare viteză, unde vitezele de așchiere crescute exacerbează interacțiunea dintre particulele dure și sculă. De exemplu, un studiu privind frezarea Inconel 718 cu scule din carbură cimentată a constatat că uzura abrazivă domină la viteze ale axului peste 10,000 rpm, contribuind la lățimi de uzură a flancurilor (VBmax) care depășesc 0.3 mm după 315 așchii.[](https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925)
### Uzură adezivă
Uzura adezivă rezultă din sudarea materialului piesei de prelucrat la suprafața sculei sub presiune și temperatură ridicate, formând BUE (Brush-Edge End). Pe măsură ce BUE se formează și se îndepărtează în mod repetat, aceasta provoacă coroziuni și exfoliere pe suprafața sculei. În frezarea Inconel 718, uzura adezivă este un mecanism principal de defectare, în special la viteze de așchiere mai mici (de exemplu, 36–50 m/min), unde tendința materialului de a adera este pronunțată. Cercetările indică faptul că uzura adezivă este responsabilă pentru uzura crestăturii în apropierea liniei de adâncime de așchiere (DOC), DOC-ul radial fiind un factor critic care influențează severitatea acesteia.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
### Uzură difuzivă
Uzura difuzivă apare la temperaturi ridicate atunci când atomii din materialul sculei difuzează în piesa de prelucrat sau invers, slăbind suprafața sculei. Acest mecanism este semnificativ în frezarea superaliajelor datorită temperaturilor lor ridicate de așchiere. De exemplu, la prelucrarea Hastelloy C-22HS cu scule din carbură acoperită, difuzia titanului și cromului din piesa de prelucrat în matricea sculei reduce rezistența acesteia, ducând la uzură în crater. Uzura difuzivă este deosebit de pronunțată în cazul sculelor din nitrură de bor cubică (CBN) la viteze de așchiere peste 80 m/min, unde temperaturile depășesc pragul de stabilitate termică al materialului.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
### Fisurare termică
Fisurarea termică apare din cauza solicitărilor termice ciclice cauzate de acțiunea intermitentă de așchiere în frezare. Ciclurile rapide de încălzire și răcire la interfața sculă-piesă induc oboseală termică, ducând la fisuri pe fața de degajare a sculei. Studiile privind prelucrarea la viteză mare a Inconel 718 cu scule CBN în condiții de răcire sub presiune înaltă au arătat că fisurarea termică este un mod de defectare semnificativ la viteze de așchiere peste 150 m/min, în special cu scule cu conținut scăzut de CBN.[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
### Alte mecanisme de uzură
Mecanismele suplimentare de uzură includ:
- **Deformare plastică**: Forțele de așchiere și temperaturile ridicate pot cauza deformarea plastică a materialului sculei, în special în cazul sculelor din carbură neacoperită.
- **Așchiere**: Micro-fracturi la muchia sculei din cauza solicitărilor mecanice mari, adesea observate la sculele ceramice la viteze de avans mari.
- **Uzură chimică**: Reacțiile chimice dintre sculă și piesa de prelucrat, cum ar fi oxidarea, accelerează uzura la temperaturi ridicate.
Tabelul 1 prezintă un rezumat al principalelor mecanisme de uzură a sculelor observate la frezarea CNC a Inconel 718 și Hastelloy, împreună cu factorii lor de influență și manifestările tipice.
**Tabelul 1: Mecanisme de uzură a sculelor în frezarea CNC a Inconel 718 și Hastelloy**
| **Mecanism de uzură** | **Descriere** | **Factori de influență** | **Manifestare tipică** | **Referințe** |
|--------------------|------------------|-------------------------|---------------------------|----------------|
| Uzură abrazivă | Abraziune mecanică de particule dure din piesa de lucru | Viteza mare a fusului, carburi dure (TIC, NBC), Duritatea materialului de scule | Purtați flancul, purtați terenuri | | [] (https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925)
| Uzură adezivă | Sudarea materialelor piesei de lucru pentru instrument, formând Bue | Viteză de tăiere mică, presiune ridicată, tendință de aderență a materialelor | Notch Wear, Pitting, Flaking | | [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
| Uzură difuzivă | Difuzia atomică între instrument și piesă de lucru la temperaturi ridicate | Temperatură de tăiere ridicată, compatibilitate chimică | Purtarea craterului, slăbirea sculei | | [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Fisurarea termică | Fisuri din cauza tensiunilor termice ciclice | Viteză mare de tăiere, tăiere intermitentă, presiune de răcire | Crăpături de față Rake | | [] (https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
| Deformare plastică | Deformarea materialului sculei sub forțe mari | Forțe de așchiere mari, rezistență scăzută a materialului sculei | Deformarea muchiei | |[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)
| Așchiere | Microfracturi la muchia sculei | Viteză mare de avans, materiale fragile pentru scule | Fracturi pe muchie | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Uzură chimică | Reacții chimice (de exemplu, oxidare) | Temperatură ridicată, piesă reactivă | Degradarea suprafeței | |[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)
## Factorii care influențează uzura sculelor
### Parametri de tăiere
Parametrii de tăiere, inclusiv viteza de tăiere, viteza de alimentare, adâncimea tăierii (DOC) și viteza fusului, influențează semnificativ uzura sculei în freza CNC a materialelor de superhard. Efectele lor sunt rezumate mai jos:
- ** Viteza de tăiere **: Vitezele de tăiere mai mari cresc temperaturile de tăiere, accelerând uzura difuzivă și termică. De exemplu, un studiu pe Milling Inconel 718 a constatat că creșterea vitezei de tăiere de la 36 m/min la 55 m/min a dublat rata de uzură a flancului.
- ** Rata de alimentare Rate optime de alimentare (de exemplu, 0.1–0.15 mm/rev) Balancel Tool Life și calitatea suprafeței. [] (Https://www.mechanics-industry.org/articles/meca/full_html/2020/02/MI190203/MI190203.html)
- ** Adâncimea tăierii **: DOC -urile radiale și axiale mai mari cresc ratele de îndepărtare a materialelor, dar exacerbați uzura de crestătură, în special la linia doc. [] (Https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
- ** Viteza fusului **: viteze mari ale fusului (de exemplu, 10,000 rpm) Îmbunătățirea eficienței prelucrării, dar creșteți uzura abrazivă datorită interacțiunilor crescute de instrumente-lucrări.
### Materiale și acoperiri pentru scule
Alegerea materialului sculei și a acoperirilor afectează semnificativ rezistența la uzură. Materialele comune ale sculelor pentru frezarea materialelor superdure includ:
- ** Carbură cimentată **: utilizat pe scară largă datorită durității și versatilității sale, dar predispuse la uzură abrazivă și adezivă. Acoperirile cu mai multe straturi (de exemplu, tialn/tial) îmbunătățesc rezistența la uzură cu 20–40%.
- ** Nitru de bor cubic (CBN) **: Potrivit pentru prelucrarea de mare viteză datorită durității sale ridicate și a stabilității termice, dar sensibil la fisurarea termică la presiuni de răcire ridicate. [] (Https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
-** Instrumente ceramice **: Ceramica forțată cu whisker (de exemplu, sialon) oferă o duritate superioară pentru Hastelloy, dar chipping-ul este o preocupare la ratele mari de alimentare.hastelloy)
Acoperirile precum Altin și Tialn sporesc rezistența la uzură prin reducerea frecării și creșterea durității calde. Acoperirile pe bază de siliciu au arătat o creștere de 50% a duratei de viață a sculei atunci când măcinarea Inconel 718. [] (https://www.mscdirect.com/bettermro/mastering-inconel-machining)
### Strategii de răcire și lubrifiere
Strategii de răcire și lubrifiere, cum ar fi lubrifierea cu cantități minime (MQL), lichidul de răcire de înaltă presiune (HPC) și răcirea criogenică, influențează uzura sculei prin controlul temperaturilor de tăiere și frecare:
- **MQL**: Reduce uzura sculelor cu 20–30% în comparație cu tăierea uscată, prin minimizarea frecării și a căldurii.[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
- ** HPC **: suprimă uzura craterului, dar poate accelera notarea la presiuni mari (de exemplu, 20.3 MPa) din cauza impingementului cu jet de apă. [] (Https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/PII/S0043164810004011)
- **Răcire criogenică**: Folosind azot lichid sau CO2, reduce temperaturile de așchiere, prelungind durata de viață a sculei cu până la 40% în frezarea Inconel 625.[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)
Tabelul 2 compară impactul diferitelor strategii de răcire asupra uzurii sculelor în frezarea materialelor superdure.
**Tabelul 2: Impactul strategiilor de răcire asupra uzurii sculelor în frezarea CNC**
| **Strategie de răcire** | **Reducerea uzurii sculelor** | **Avantaje** | **Limitări** | **Referințe** |
|----------------------|-------------------------|----------------|-----------------|----------------|
| Tăiere uscată | Nivel de bază | Eficient din punct de vedere al costurilor, simplu | Temperaturi ridicate, uzură severă | |[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
| MQL | 20–30% | Frecare redusă, ecologic | Capacitate de răcire limitată | |[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
| HPC | 30–50% (uzură în crater) | Răcire eficientă, îndepărtare a așchiilor | Crestare la presiuni ridicate | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Răcire criogenică | Până la 40% | Temperaturi scăzute, calitate îmbunătățită a suprafeței | Cost ridicat, configurare complexă | |[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)
### Proprietățile materialului piesei de prelucrat
Microstructura și compoziția materialelor superdure influențează direct uzura sculelor. De exemplu, fazele γ″ și γ′ din Inconel 718 cresc rezistența la forfecare, promovând uzura adezivă, în timp ce particulele de Ni2(Mo,Cr) din Hastelloy C-22HS sporesc rezistența la abraziune, ducând la uzură abrazivă. Tratamentul termic, cum ar fi îmbătrânirea dublă în Inconel 718, crește și mai mult duritatea, exacerbând uzura sculelor.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679X25001574)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
## Modelare predictivă a uzurii sculelor
### Importanța modelării predictive
Predicția precisă a uzurii sculelor este esențială pentru optimizarea proceselor de frezare CNC, reducerea timpilor de nefuncționare și minimizarea costurilor. Modelele predictive permit producătorilor să prognozeze durata de viață a sculelor, să programeze schimbările sculelor și să optimizeze parametrii de așchiere. Având în vedere complexitatea uzurii sculelor în materialele superdure, modelele predictive trebuie să țină cont de multiple mecanisme de uzură, condiții de așchiere și proprietăți ale materialelor. Două abordări principale domină predicția uzurii sculelor: modelele bazate pe fizică și modelele bazate pe date.
### Modele bazate pe fizică
Modelele bazate pe fizică se bazează pe relații empirice și pe înțelegerea mecanicistă a proceselor de uzură. Acestea încorporează parametri precum forțele de tăiere, temperaturi și proprietăți materiale pentru a prezice ratele de uzură. Modelele comune bazate pe fizică includ:
- ** Ecuația de viață a instrumentului Taylor **: un model empiric care referă durata de viață a instrumentului cu viteza de tăiere, viteza de alimentare și DOC. Deși este simplu, îi lipsește generalitatea pentru superalloys datorită mecanismelor lor complexe de uzură.
- ** Metoda elementului finit (FEM) **: simulează uzura sculei prin modelarea formării cipurilor, transferului de căldură și distribuției stresului. Modelele FEM, cum ar fi cele implementate în deformare sau abaqus, au fost utilizate pentru a simula frezarea Inconel 718, dar de multe ori suferă de distorsionarea ochiurilor la rate mari de uzură.
- ** Modele mecanice **: Aceste modele integrează mecanisme de uzură (de exemplu, abrazive, adezive) cu geometrie și forțe de tăiere a sculei. Un model mecanicist pentru Milling Inconel 718 a obținut o precizie de 98.5% în prezicerea forțelor de tăiere prin încorporarea efectelor de uzură a flancului.
În ciuda rigurozității lor mecanistice, modelele bazate pe fizică necesită date experimentale extinse pentru calibrare și se confruntă cu dificultăți în adaptarea la condiții variabile de tăiere.
### Modele bazate pe date
Modelele bazate pe date folosesc învățarea automată (ML) și tehnicile statistice pentru a prezice uzura sculei pe baza datelor istorice. Aceste modele excelează în captarea relațiilor complexe, neliniare, fără a necesita cunoștințe mecaniciste detaliate. Abordările cheie bazate pe date includ:
- ** Rețele neuronale artificiale (ANN -uri) **: ANN -urile prezic uzura sculei prin maparea parametrilor de intrare (de exemplu, viteza de tăiere, viteza de alimentare, forțele de tăiere) pentru a purta producții. Un studiu pe Inconel 718 a obținut o precizie mai mare cu ANN -uri în comparație cu analiza de regresie, în special cu datele limitate.
-** Rețelele de memorie pe termen scurt (LSTM) Măsurători. [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S718)
- ** Modele de meta-învățare **: Aceste modele se adaptează la diferite condiții de tăiere cu date minime. Un model de meta-learning pentru freza de aliaj de titan a obținut o precizie ridicată cu un singur eșantion în condiții noi. [] (Https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0007850619300113)
-** Media în mișcare integrată autoregresivă (ARIMA) **: Combinate cu rețelele neuronale de undă (WNN), modelele ARIMA-WNN prezic uzura flancului în măcinarea de mare viteză a Inconel 718 cu peste 95% Precizie. [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213846322001924)
### Modele hibride
Modelele hibride combină abordări bazate pe fizică și abordări bazate pe date pentru a le valorifica punctele forte. De exemplu, o abordare de cuplare fizică bazată pe date, utilizând ARIMA și WNN, a fost aplicată la frezarea Inconel 718, obținând o precizie ridicată prin încorporarea modelelor empirice de uzură cu analiza seriilor temporale. Un alt model hibrid, utilizând Levenberg-Marquardt și ANN, a prezis uzura sculelor în prelucrarea rotativă cu ultrasunete a Inconel 718, depășind modelele tradiționale.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213846322001924)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785321082468)
Tabelul 3 compară diverse abordări de modelare predictivă pentru uzura sculelor în frezarea CNC a materialelor superdure.
**Tabelul 3: Abordări de modelare predictivă pentru uzura sculelor în frezarea CNC**
| **Tip de model** | **Abordare** | **Precizie** | **Avantaje** | **Limitări** | **Referințe** |
|----------------|-------------|-------------|----------------|-----------------|----------------|
| Ecuația lui Taylor | Bazat pe fizică | Low - Moderat | Simplu, empiric | Generalitate limitată | | [] (https://www.academia.edu/69451806/Modelling_Tool_Wear_IN_ENTED_CARBIDE_MACHING_ALOLOY_718)
| Fem (deformare/abaqus) | Bazat pe fizică | Moderat - High | Perspective mecanice detaliate | Distorsiunea ochiurilor de plasă, cost de calcul ridicat | | [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679x25001574)
| Model mecanicist | Bazat pe fizică | 98.5% (predicția forței) | Integrează mecanismele de uzură | Necesită o calibrare extinsă | | [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)
| Rețele neuronale artificiale (ANN) | Bazate pe date | Nivel ridicat | Gestionează relații neliniare | Necesită seturi de date mari | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S175558171100040X)
| LSTM | Bazat pe date | 0.9453 (corelație) | Potrivit pentru serii temporale | Proces complex de antrenament | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141635923002039)
| Meta-învățare | Bazat pe date | Nivel ridicat (puține eșantioane) | Se adaptează la condiții noi | Validare limitată | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0007850619300113)
| ARIMA-WNN | Hibrid | >95% | Combină fizica și datele | Structură complexă a modelului | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213846322001924)
| LM-ANN | Hibrid | Ridicat | Echilibrează precizia și eficiența | Necesită optimizare | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785321082468)
## Studii și descoperiri experimentale
### Frezare Inconel 718
Numeroase studii experimentale au investigat uzura sculelor în frezarea CNC a Inconel 718. Un studiu care a utilizat scule din carbură cimentată cu un model Euler-Lagrange (CEL) FEM cuplat a constatat că uzura abrazivă și adezivă domină la viteze de așchiere de 36–55 m/min, ratele de uzură pe flancuri crescând odată cu temperatura. Un alt studiu privind frezarea de mare viteză la 10,000 rpm a identificat uzura mecanică ca mecanism principal în timpul etapelor inițiale și staționare, trecând la uzură compusă (abrazivă, adezivă și difuzivă) în etapa accelerată. Frezarea asistată de MQL, o uzură a flancului redus cu 20-30% în comparație cu tăierea uscată, subliniind rolul lubrifiere. [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679x25001574) [] (https: // jurnale. sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954405416668925) PENTRU ANEL(HTTPS://LINK.SPRINGER.com/article/10.1007/S00170-018-1911-3)
### Frezare Hastelloy
Hastelloy, în special C-22HS, prezintă provocări similare legate de uzură. Un studiu privind strunjirea Hastelloy C-22HS cu scule din carbură acoperită a constatat că uzura prin difuzie și prin aderență au fost predominante, lichidul de răcire la înaltă presiune reducând forțele de așchiere, dar accelerând crestarea la 20.3 MPa. Răcirea criogenică cu CO2 a îmbunătățit durata de viață a sculei cu 40% la frezarea Hastelloy X, atribuită temperaturilor reduse de așchiere.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/techniques-tools-machining-hastelloy)
### Analiza comparativa
Tabelul 4 rezumă principalele descoperiri experimentale privind uzura sculelor la frezarea Inconel 718 și Hastelloy.
**Tabelul 4: Rezultate experimentale privind uzura sculelor în frezarea CNC**
| **Material** | **Tip sculă** | **Condiții de așchiere** | **Mecanisme dominante de uzură** | **Constatări cheie** | **Referințe** |
|--------------|--------------|--------------------------|------------------------------|------------------|----------------|
| Inconel 718 | Carbură cimentată | 36–55 m/min, 0.15 mm/rev | Abraziv, adeziv | Rata de uzură a flancului se dublează cu viteză | | [] (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S175558171100040X)
| Inconel 718 | Carbură (acoperită cu PVD) | 8000 rpm, 0.125 mm DOC | Crestătură, exfoliere | Uzură crestătură la linia DOC | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164812004681)
| Inconel 718 | CBN | 150 m/min, HPC | Fisurare termică | Fisurarea suprimată cu H-CBN | |[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)
| Hastelloy C-22HS | Carbură acoperită | Agent de răcire la presiune înaltă | Difuzie, adeziv | Crestare la 20.3 MPa | |[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043164810004011)
| Hastelloy X | Ceramică (SiAlON) | CO2 criogenic | Abraziv, adeziv | Durata de viață a sculei cu 40% îmbunătățită | |[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/techniques-tools-machining-hastelloy)
## Strategii de optimizare
### Optimizarea parametrilor de tăiere
Optimizarea parametrilor de așchiere este esențială pentru minimizarea uzurii sculelor. Metodologia suprafeței de răspuns (RSM) și Analiza varianței (ANOVA) au fost utilizate pentru a identifica parametrii optimi pentru strunjirea Inconel 718, cu viteze de așchiere de 100 m/min și rate de avans de 0.1 mm/rotație, rezultând cel mai bun finisaj al suprafeței și cea mai bună durată de viață a sculei. Optimizarea roiului de particule (PSO) și optimizarea hrănirii bacteriilor (BFO) au redus uzura flancurilor prin optimizarea vitezei de așchiere, a ratei de avans și a DOC în frezarea asistată de MQL.[](https://www.mechanics-industry.org/articles/meca/full_html/2020/02/mi190203/mi190203.html)[](https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-018-1911-3)
### Proiectarea și selecția instrumentelor
Designul avansat al sculelor, cum ar fi unghiurile variabile ale elicei și ale pasului, reduce uzura prin minimizarea vibrațiilor și a forțelor de așchiere. Sculele CBN cu conținut ridicat de CBN sunt recomandate pentru prelucrarea de mare viteză datorită coeficientului lor de dilatare termică mai mic. Acoperirile precum AlTiN și acoperirile pe bază de siliciu sporesc rezistența la uzură, în special în condiții abrazive.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)[](https://www.fujipress.jp/ijat/au/ijate001400061045/)[](https://www.mscdirect.com/betterMRO/mastering-inconel-machining)
### Tehnici avansate de răcire
Răcirea criogenică și răcirea minimă a uzurii (MQL) oferă beneficii semnificative în reducerea uzurii sculelor. Un studiu privind frezarea Inconel 625 cu CO2 la temperatură scăzută a raportat o morfologie a suprafeței îmbunătățită și o întârziere a progresiei uzurii. Sistemele hibride de răcire, care combină MQL cu fluide criogenice, sunt promițătoare, dar necesită cercetări suplimentare pentru modelarea predictivă.[](https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2380)[](https://mfr.edp-open.org/articles/mfreview/full_html/2023/01/mfreview220071/mfreview220071.html)
## Directii viitoare
### Tehnologii emergente
Tehnologiile emergente, cum ar fi fabricația aditivă (AM) a sculelor și procesele de prelucrare hibride (de exemplu, prelucrarea prin electroeroziune cu frezare), oferă potențial pentru reducerea uzurii sculelor. Piesele AM Inconel 718 prezintă o prelucrabilitate diferită în comparație cu materialul forjat, necesitând modele de uzură personalizate. Sistemele hibride de răcire și acoperirile avansate, cum ar fi acoperirile dure nanocompozite, sunt, de asemenea, domenii de cercetare activă.[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612520308781)[](https://cdnsciencepub.com/doi/abs/10.1139/tcsme-2019-0110)
### Lacune în cercetare
În ciuda progreselor, rămân câteva lacune în cercetare:
- **Modele de răcire hibridă**: Studii limitate privind modelele predictive pentru răcirea hibridă în superprelucrarea aliajelor.
- **Monitorizare în timp real**: Integrarea monitorizării stării sculelor (TCM) în timp real cu modele predictive pentru control adaptiv.
- **Modele multi-fizice**: Dezvoltarea de modele complete care cuplează mecanismele de uzură termică, mecanică și chimică.
- **Sustenabilitate**: Integrarea eficienței energetice și a impactului asupra mediului în modelele de predicție a uzurii.
### Concluzie
Frezarea CNC a materialelor superdure precum Inconel 718 și Hastelloy prezintă provocări semnificative datorită rezistenței lor ridicate, conductivității termice scăzute și naturii abrazive. Mecanismele de uzură a sculelor, inclusiv fisurarea abrazivă, adezivă, difuzivă și termică, sunt influențate de parametrii de așchiere, materialele sculelor și strategiile de răcire. Modelarea predictivă, care cuprinde abordări bazate pe fizică, date și hibride, joacă un rol crucial în prognozarea uzurii sculelor și optimizarea proceselor de prelucrare. Studiile experimentale evidențiază eficacitatea tehnicilor avansate de răcire și a parametrilor optimizați în extinderea duratei de viață a sculelor. Cercetările viitoare ar trebui să se concentreze pe integrarea monitorizării în timp real, dezvoltarea de modele multi-fizice și explorarea practicilor de prelucrare durabile pentru a spori și mai mult eficiența și rentabilitatea frezării materialelor superdure.
Declarație de reimprimare: dacă nu există instrucțiuni speciale, toate articolele de pe acest site sunt originale. Vă rugăm să indicați sursa reimprimării: https: //www.cncmachiningptj.com/,mulțumiri!
PTJ® oferă o gamă completă de precizie personalizată cnc prelucrare china servicii ISO 9001: 2015 și certificat AS-9100. Precizie rapidă pe 3, 4 și 5 axe Prelucrare CNC servicii incluzând frezarea, întoarcerea la specificațiile clienților, Capabil de piese prelucrate metalic și plastic cu toleranță de +/- 0.005 mm. Serviciile secundare includ șlefuire CNC și convențională, găurire,turnarea sub presiune,tablă și ștanțare.Furnizarea de prototipuri, rulări complete de producție, asistență tehnică și inspecție completă auto, industria aerospațială, matriță și corp de iluminat, iluminat cu led,medical, bicicletă și consumator electronică industrii. Livrare la timp. Spuneți-ne puțin despre bugetul proiectului dumneavoastră și despre timpul de livrare estimat. Vom stabili o strategie cu dvs. pentru a oferi cele mai rentabile servicii pentru a vă ajuta să vă atingeți ținta, Bine ați venit să ne contactați ( sales@pintejin.com ) direct pentru noul dvs. proiect.

- Prelucrarea cu 5 axe
- Cnc Frezare
- Întoarcere CNC
- Industrii de prelucrare
- Proces de prelucrare
- Tratament de suprafață
- Prelucrarea metalelor
- Prelucrarea materialelor plastice
- Mold Metalurgie Pulbere
- Die Casting
- Galeria pieselor
- Piese metalice auto
- Piese de masina
- Radiator cu LED
- Piese de construcție
- Piese mobile
- Piese medicale
- Parți electronice
- Prelucrare personalizată
- Piese de schimb pentru biciclete
- Prelucrarea aluminiului
- Prelucrarea cu titan
- Prelucrarea oțelului inoxidabil
- Prelucrarea cuprului
- Prelucrarea alamei
- Prelucrare super aliaj
- Prelucrare peek
- Prelucrare UHMW
- Prelucrare unilat
- PA6 Prelucrare
- Prelucrare PPS
- Prelucrarea teflonului
- Prelucrare Inconel
- Prelucrarea oțelului pentru unelte
- Mai mult material