低温铣削T800 CFRP多向层合板的刀具磨损研究

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced plastics， CFRP）因其高强度比以及优秀的耐腐蚀等优异性能在航空航天、汽车等领域得到广泛应用。然而，由于CFRP材料的非均质性和各向异性，其加工过程相较传统均质材料更为复杂，导致刀具磨损严重。针对这一问题，本文选用PCD立铣刀对T800 CFRP多向层合板材料进行低温铣削试验，研究了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度等对PCD刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明，随着切削速度和每齿进给量的增大，刀具后刀面磨损带宽VB呈下降趋势，切削介质温度为-50 ℃时能够得到较小的刀具后刀面磨损带宽。此外，通过MATLAB对试验结果进行了非线性拟合，获得了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度与刀具后刀面磨损带宽的映射关系经验模型，为T800 CFRP材料铣削刀具磨损抑制和延长刀具寿命提供了关键支撑数据。     

低温氮气油雾对陶瓷刀具加工镍基K424合金的影响

在于切削、低温氮气和低温氮气油雾3种冷却润滑条件下,通过Sialon陶瓷刀具和SiC晶须增韧Al2O3陶瓷刀具车削K424镍基高温合金的实验,研究了低温氮气及油雾对刀具磨损和表面粗糙度的影响,开发了一个新的冷却系统以获得低温氮气.试验结果表明,切深线沟槽磨损严重限制陶瓷刀具使用寿命,与干切削相比,使用低温氮气和低温氮气油雾增加了切深线沟槽磨损速率,但降低了已加工表面的质量.     

硬质合金刀具高速铣削航空铝合金时的磨损形态及磨损机理

对硬质合金整体立铣刀高速铣削加工航空铝合金时的刀具磨损形态及其磨损机理进行了观察和分析.结果表明:在高速切削条件下,硬质合金整体立铣刀的磨损形态主要表现为涂层破坏、月牙洼磨损、微崩刃、剥落和破损等.磨损机理主要是粘结磨损、扩散磨损以及疲劳磨损.与常速铣削磨损机理的不同之处在于高速旋转形成的热、力耦合的应力场对硬质合金刀具的作用与冲击影响占主导地位.     

高速切削技术及刀具的发展现状综述

切削刀具在航空加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。本文介绍高速切削的刀具材料、涂层技术、创新刀具结构、切削加工配套技术等先进的切削技术及刀具的发展现状。     

具备高适应性的高速铣削刀具磨损状态监测系统

为提高加工监测系统的适应性和智能化程度,提出基于刀具磨损曲线的实时刀具状态监测系统。自学习能力的引入使该系统可自动进行不同刀具状态的识别和磨损程度的估计,较大程度上摆脱对系统事先"教学"的依赖。同时为有效抑制切削参数变化带来的干扰,提出一种特征提取方法来自动提取敏感特征,减少监测系统开发时间和成本。针对高速铣削过程的刀具磨损监测,采用切削力和声发射传感器来采集信号,并运用时域、频域和小波分析技术来对信号进行处理,试验结果证明了所提出的自动特征提取方法的有效性和智能刀具状态监测系统的高适应性。     

难加工材料高速切削

介绍了刀具陶瓷的发展、性能、切削特点，以及对提高切削加工技术的作用。重点分析了陶瓷刀具在切削淬火钢和镍基高温合金中有关切削力、切削温度、刀具磨损等方面的机理。研究表明陶瓷刀具可用于淬火钢和镍基合金的高速切削。     

聚晶金刚石刀具铣削Ti40阻燃钛合金失效机理

选用3种不同粒度金刚石（0.5,10和30 μm）的聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)刀具铣削加工Ti40阻燃钛合金，结合三维视频显微镜与扫描电镜观测刀具形貌，分析金刚石粒度对刀具磨损和破损行为的影响，揭示PCD刀具的失效机理。研究发现，金刚石粒度越小，PCD刀具的耐用度越高。在铣削加工的力-热冲击作用下，PCD刀具的磨损主要表现为磨粒磨损和粘结磨损，而破损初期表现为以微裂纹、前后刀面剥落和微崩刃为主，后期发生了局部碎裂。剥落和微崩刃主要发生在PCD刀具的前、后 刀面临界切深2.5~3.0 mm处，微裂纹是导致发生剥落和微崩刃的主要因素。     

氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损

钛合金铣削加工中的一个突出问题是刀具寿命短，容易出现缺口，崩刃和剥落等现象，因而限制了它的进一步推广和使用。目前，为了提高刀具寿命，人们主要利用切削液来减小铣削过程中的摩擦和热量。然而，由于切削液会对环境造成污染，不符合绿色制造先进理念的要求。本通过大量的试验，对氮气介质下铣削钛合金时的刀具寿命和磨损特征进行了分析和研究，从而得出了在氮气介质下铣削钛合金比干铣 具有明显优势的理论，探讨了氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损机理，得出了高速钢刀具在氮气介质下铣削和干铣削钛合金时刀具寿命的泰勒公式。     

无线电遥测监视小直径刀具的工况过程

小直径刀具(φ6mm以下小钻头、铣刀)加工中产生的磨、破损信号难于检测。本文基于这一问题,研究采用无线电遥测技术来传输传感器信号,并建立了CIMS,FMS加工中心钻、铣用小直径刀具的工况监视系统。研究表明:用遥测技术传输的切削过程信息是可以用来识别刀具切削状态的;小直径刀具折断快速报警的成功率在90％以上。     

基于神经网络的智能刀具状态检测系统

可靠的在线刀具磨损状态检测是柔性制造系统、计算机集成制造系统以及自动化机床必不可少的一个环节。文中论述了用反传神经网络与一类模糊神经网络分析处理由力传感器和声发射传感器所测得的刀具状态信号，识别出刀具的磨损情况，从而进一步实现刀具磨损状态的在线检测，控制自动机床及时更换刀具。本研究对四种规格的钻头的磨损情况进行了全程检测，并比较分析了反传神经网络与模糊神经网络对这一问题的有效性。实验结果表明，这两种方法对处理刀具磨损状态检测均有显著的效果与很高的准确性。用一类模糊神经网络处理多传感器信息是实现刀具状态在线检测的一个极为有效的方法。     

氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

新型损伤容限钛合金高速铣削表面完整性分析(英文)

研究新型损伤容限钛合金TC21在不同的刀具磨损状态下,采用高速铣削与常规铣削的加工表面完整性,重点研究表面粗糙度、加工硬化层、金相组织等因素对表面完整性的影响。结果表明,高速铣削能够获得良好的表面质量并提高加工的效率,同时通过观察加工硬化层与金相组织可以发现,即使是刀具在严重磨损的状态下,也不会出现比较严重的加工硬化现象。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

Influence of High-Speed Milling Process on Mechanical and Microstructural Properties of Ultrafine Grained Profiles Produced by Linear Flow Splitting

The effects of milling parameters on the surface quality,microstructures and mechanical properties of machined parts with ultrafine grained(UFG)gradient microstructures are investigated.The effects of the cutting speed,feed per tooth,cutting tool geometry and cooling strategy are demonstrated.It has been found that the surface quality of machined grooves can be improved by increasing the cutting speed.However,cryogenic cooling with CO_2 exhibits no significant improvement of surface quality.Microstructure and hardness investigations revealed similar microstructure and hardness variations near the machined groove walls for both utilized tool geometries.Therefore,cryogenic cooling can decrease more far-ranging hardness reductions due to high process temperatures,especially in the UFG regions of the machined parts,whilst it cannot prevent the drop in hardness directly at the groove walls.     

基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法

针对发动机机匣零件铣削毛坯模型构建中,表面凸台回转轮廓获取困难,凸台轮廓之间以及凸台轮廓与回转体轮廓之间组合难处理,毛坯构建效率低且余量分布不均的问题,提出了基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法。用离散的方法得到复杂形状凸台特征的回转轮廓,将凸台特征与回转体特征的回转轮廓旋转投影到草图平面,结合加工余量、车削刀具尺寸等工艺信息进行毛坯轮廓搜索,进而得到余量分布均匀且符合工艺要求的铣削毛坯。该方法对机匣回转体与表面凸台进行统一轮廓搜索,并充分考虑加工工艺,能处理具有复杂表面凸台的机匣零件,效率高、通用性好;所得毛坯余量分布均匀,减小铣削材料去除量,有助于提高铣削加工效率。     

小直径平底铣刀铣削淬硬钢实验研究

淬硬钢以其优良的特性在模具行业中得到广泛的应用。但是在淬硬钢铣削过程中,其本身固有的极差的切削性能使得刀具磨损、破损非常严重,特别在小直径铣刀加工淬硬钢时影响更为突出。文中通过采用直径为2mm的TiAlN涂层硬质合金铣刀对S136淬硬模具钢进行中高速干式切削实验,分析了小直径涂层铣刀切削淬硬钢时切削速度、进给速度和切削深度对切削力的影响规律;提出在提高单位时间材料去除率并且要求切削力尽可能低的情况下,采取提高切削速度的策略要优于增加每齿进给量的策略;通过SEM观察刀具失效形态分别为刀尖破损、侧刃微崩、涂层烧伤与脱落和疲劳裂纹。为小直径铣刀的应用提供理论依据。     

微量润滑条件下铣削速度对油雾浓度的影响分析

微量润滑（Minimum quantity lubrication, MQL）切削是现代机加工领域一种先进的准干式切削技术,但微量润滑切削过程中产生的切削油雾仍会影响切削现场的环境空气质量,危害切削场所人员的健康。应用重量分析法对切削现场油雾浓度进行检测,分析了润滑油用量、供气压力、喷射靶距、射流温度等不同微量润滑系统参数下铣削速度对切削现场油雾浓度的影响规律。研究结果表明,随着铣削速度的增大,油雾颗粒与高转速刀具发生激烈碰撞形成二次雾化,造成切削现场油雾浓度PM10与PM2.5均相应增大,但微量润滑系统参数不同,PM10与PM2.5随铣削速度的变化规律亦不相同。     

拉紧条件下铝合金铣削残余应力的试验研究

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。本文设计了机械式单向拉紧夹具用于铣削试验。通过试验,得出了预应力、工件厚度以及加工参数等对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉紧条件下铣削可以实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在本试验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大可达-250 M Pa。     

铣削淬硬模具钢SKD11铣削表面质量试验研究

为了对高效铣削淬硬模具钢SKD11的新型铣刀进行优选,对不同几何结构的铣刀加工得到的表面质量进行了分析.综合考虑了加工表面粗糙度、切屑微观形态、硬度及硬化层深度、残余应力分布和晶相组织结构变化等多方面因素,研究了不同铣刀的几何特性及其磨损特性对表面质量的影响.实验结果表明,前角5°,后角10°,刀尖圆弧半径为1 mm,铣刀螺旋角为45°的几何结构铣刀完成了表面完整性试验中.此外,在淬硬钢铣削加工中合理地选择加工参数可以获得0.4μm的表面粗糙度;采用合理的正前角可以抑制锯齿形切屑的产生.铣削淬硬模具钢能在加工表面产生残余压应力,通过增加铣刀后角和抑制后刀面磨损可以推迟加工表面软化现象的发生.