微纳复合织构自润滑陶瓷刀具的制备及切削性能

金属干切削过程中,由于前后刀面与切屑和工件之间存在的剧烈的摩擦,切削温度极高,刀具的磨损十分严重,导致刀具寿命降低[1],为解决这一问题国内外学者不断寻求幕发新型刀具材料,优化刀具结构,研究新型刀具[2-4]. 近年来,摩擦学与仿生学研究领域提出表面织构能够有效地减小摩擦,降低摩擦系数[5-8],将这种技术应用于切削加工刀具将是一种富有前景的研究领域.目前国内外学者将表面织构应用于刀具研究尚处在起步阶段.日本学者Kawasegi[9]等利用飞秒激光在WC-Co硬质合金刀具前刀面加工了微纳米沟槽织构,在干切削和最小微量润滑(MQL)条件下切削铝合金试验,结果表明微纳织构能有效地降低切削力.     

微织构刀具切削钛合金的研究进展

针对钛合金切削加工过程中切削力大、切削温度高和刀具磨损严重等问题,近年学者们尝试采用微织构刀具来解决。本文综述了微织构刀具在钛合金切削加工中的应用,分析了微织构刀具在改善表面质量,降低切削力、刀具磨损、摩擦因数和切削温度等方面的切削机理,并指出微织构刀具切削钛合金存在的问题。     

PCD刀具车削不同颗粒含量SiCp/Al复合材料试验研究

碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对刀具磨损和工件表面质量的影响,并对刀具磨损机理进行了研究。试验结果表明,车削微米级25%SiCp/Al材料时聚晶金刚石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具磨损更严重,且工件表面质量更差。随着进给量和背吃刀量的增大,工件表面粗糙度值增大,刀片前刀面磨损严重;随着切削速度的增大,工件表面粗糙度值减小,刀片前刀面磨损量增大。选取本文切削参数进行SiCp/Al复合材料的切削加工时,发现刀具磨粒磨损、微崩刃是PCD刀具后刀面磨损的主要成因,且刀具前刀面也会产生积屑瘤。研究结果可为SiCp/Al复合材料PCD车削工艺的优化提供理论基础。     

表面织构刀具的研究现状与进展

国内外相关研究学者采用电火花、光刻、激光等加工技术在硬质合金、高速钢等刀具上制备了尺寸从微米级到纳米级的多种表面织构,研究了其切削加工钢、铝合金、钛合金等工件材料的切削性能,结果表明表面织构刀具在改善刀-屑接触面摩擦润滑状态、降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损方面具有显著的效果。     

高速铣削铝合金7055铣削力和铣削温度的仿真研究

采用有限元分析软件AdvantEdge模拟了航空铝合金7055高速铣削过程,获得了单个刀齿高速加工中铣削力变化曲线,预测了不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,获得了刀具前刀面和后刀面的温度分布曲线;建立了高速铣削参数对铝合金7055铣削力和铣削温度的影响曲线,可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命.     

微纳织构涂层刀具研究进展

<正>国内外相关研究学者采用电火花、光刻、激光等织构加工技术与气相沉积等涂层制备技术,在硬质合金、高速钢等刀具上制备了尺寸从微米级到纳米级的多种表面织构以及各种软、硬涂层,研究了其切削加工钢、铝合金、钛合金等工件材料的切削性能。结果表明,织构涂层刀具在改善涂层性能、刀-屑接触面摩擦润滑状态、降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损等方面具有显著的效果。     

刀具磨损形态对Ti6Al4V切削过程影响的有限元仿真研究

应用有限元仿真方法研究了不同刀具磨损形态对钛合金切削过程的影响规律。首先根据实际刀具磨损尺寸建立前刀面月牙洼磨损为主、后刀面磨损为主、前后刀面同时磨损以及刃口钝化4种磨损类型,然后应用AdvantEdge软件建立磨损后硬质合金刀具切削Ti6Al4V的仿真模型并对其进行有限元分析。结果表明:前刀面月牙洼增大时刀尖处温度减小;后刀面磨损增大时工件表层拉应力增大,次表层压应力减小;前、后刀面同时磨损时,随着磨损程度的增大,切屑曲率半径明显减小,切削力增幅相比单一磨损有所减小;刃口钝化对切削力影响最大,当钝圆半径接近进给量时,耕犁效应变得十分明显。     

PCD刀具车削钛基复合材料刀具磨损研究

使用PCD刀具对钛基复合材料进行切削速度单因素车削试验,研究了PCD刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明:在15 ～ 60m/min范围内,随着切削速度的增大,切削力从473N逐渐减小到367N,切削温度从274℃逐渐升高到564℃;刀具切削路程随着切削速度的增大从390m先增大到702m然后减小至467m,在切削速度为45m/min时达到最大值;PCD刀具前刀面并未出现典型的月牙洼磨损,而是前后刀面同时磨损,后刀面均呈典型的带状磨损带,且前后刀面均有犁沟出现和钛合金粘结;刀具磨损的主要原因是磨粒磨损和粘结磨损,随着切削速度的增大,磨粒磨损减弱,粘结磨损增强.     

钛合金TC4高速切削刀具磨损的有限元仿真

借助有限元方法对切削钛合金时硬质合金刀具的磨损进行了仿真.首先,根据钛合金切削时刀具磨损机理,建立了能够综合反映粘结磨损、扩散磨损及磨粒磨损的磨损率模型;通过增大传热系数、平滑节点磨损值等方法,解决了刀具磨损过程中切削温度场的仿真、内部网格的调整及刀具表面轮廓的光滑处理等一系列问题,结合磨损子程序建立了预测刀具磨损的有限元模型.然后,通过切削实验对有限元模型的有效性进行了验证,结果表明:所建立的有限元模型能够较准确的预测刀具前刀面磨损及其磨损形貌.最后,对高速切削钛合金条件下的刀具耐用度进行了预测,预测结果表明:随着速度的增加,刀具会快速磨损,切削速度为300 m/min时刀具寿命仅为130 m/min时的1/3.因此,切削速度的选择要综合考虑切削效率与刀具寿命这两个因素.     

刀具材料及其磨损对钛基复合材料车削温度的影响

对钛基复合材料车削时的车削温度和刀具磨损形态进行试验研究,结果表明,在相同条件下,两类刀具的切削温度随切削速度上升而提高,且在较低速度范围内随切削速度增大车削温度上升趋势明显,较高速度范围内上升趋势较缓;随着刀具磨损量从VB=0mm上升至VB=0.2mm,虽然硬质合金K313刀具的切削温度上升幅度小于PCD刀具,但PCD刀具的切削温度始终远小于硬质合金K313刀具,且PCD刀具的耐用度远好于K313刀具;PCD刀具的磨损形式以磨粒磨损为主,而K313刀具以粘结磨损为主。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具磨损形貌及机理分析

针对难加工镍基高温合金GH4169切削过程中刀具磨损严重、加工效率低下、成本高等问题,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削GH4169,获得了刀具的磨损形貌.采用电子扫描显微镜(SEM)观测了刀具的磨损形貌,通过能谱分析仪(EDS)分析了磨损刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169时,刀具的磨损形态主要表现为微崩刃、微裂纹和剥落,刀具的磨损机理主要为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.     

难加工材料刀具磨损检测技术研究与应用

利用刀具磨损检测技术,拍摄刀具后刀面磨损图像,以磨损图像为基础,分析刀具磨损状况、确定刀具磨损量,然后采用离散刀具磨损过程与有限元仿真相结合的方法实现长时间切削刀具磨损的仿真。对刀具磨损检测仪的原理、构成及检测过程等做了简要介绍,并对其在难加工材料切削参数优化、新刀具选用试切方面进行了初步应用。     

干式铣削Al-50wt%Si高硅铝合金刀具磨损与表面粗糙度评价

本文以Al-50wt%Si高硅铝合金为研究对象，采用单因素试验方法进行无涂层硬质合金刀具干式铣削试验，分析切削参数对刀具磨损和表面粗糙度的影响。结果表明：表面粗糙度受每齿进给量的影响最显著，随每齿进给量的增加而增加，当每齿进给量从0.07 mm/z增加到0.16 mm/z时，表面粗糙度增加2倍；刀具磨损受切削速度的影响最显著，随切削速度的增加而增加，当切削速度从140 m/min增加到260 m/min时，切削总长度降低3倍，而刀具后刀面磨损量仅是260 m/min速度下的0.8倍；表面粗糙度随刀具磨损的增加呈现先增加后降低的变化趋势，切削长度从350 mm增加到1 750 mm，刀具磨损量平均增加4.5倍，而表面粗糙度却下降2倍；硬质合金刀具主要的磨损形式为磨粒磨损、崩刃。     

超声椭圆振动精密切削

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。     

TC17钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响研究

为了获得高性能航空发动机用TC17钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试,建立了刀具磨损对残余应力的影响关系,并对影响机理进行了分析.结果表明,硬质合金刀具低速铣削钛合金时,刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位;不同刀具后刀面磨损量下,残...     

氮气介质下钛合金铣削特性的分析研究

提出了用氮气作为切削介质的绿色加工技术,并通过试验设计,分别在干切削和以氮气为介质的切削条件下,对铣削钛合金的铣削力及刀具的后刀面磨损进行了分析研究,最后对试验结果进行了讨论。     

小经验

立铣刀切削刃后刀面磨损简易测量法六二五研究所李鑫华在金属切削中,刀具磨损对生产率和产品质量有着直接的影响;它也是评定刀具质量和被加工材料可加工性的一个重要指标。特别是在加工耐热合金、钛合金等难加工材料时,刀具的磨损问题就更为突出。为了保证零件加工质量,就要不断地对刀具磨损情况进行监控、测量。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具耐用度研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169实际切削过程中的加工效率低下、刀具磨损严重、加工表面质量差等问题,本文采用正交试验法,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行高温合金GH4169的高速铣削试验。研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度和由于刀具磨损引起的试件表面粗糙度的变化规律;建立了高温合金GH4169的刀具寿命经验公式和刀具磨损与试件表面粗糙度之间的变化规律曲线。结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;TiAlN涂层硬质合金刀片的耐用度随着切削速度的增大而减小;试件的表面粗糙度值随着刀具的磨损总体上呈现增加的趋势。     

碳纤维增强复合材料钻孔加工中刀具磨损试验研究

碳纤维增强复合材料属于典型的难加工材料。钻孔加工过程中,钻头磨损严重,影响CFRP的表面质量,降低加工效率,需要降低钻孔过程中刀具的磨损。通过使用2种不同材质的钻头钻削CFRP,研究钻头材质对刀具磨损值、钻削轴向力的影响,得到:钻头主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损、崩刃;PCD钻头的加工效率和耐磨性远高于硬质合金钻头。     

TiN涂层硬质合金刀具切削奥氏体高锰钢的磨损破损研究

利用TiN涂层硬质合金刀具对奥氏体高锰钢进行了切削加工试验,分析了切削过程中的磨损、破损机理。