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。     

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。     

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。     

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...     

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,残余压应力沿深度方向先增大达到一个最大压应力值后,然后减小趋向于零应力;表面残余应力、最大残余压应力以及残余应力的影响深度都随刀具后刀面磨损量的增大呈增大趋势。     

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。     

PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析

近些年来,航空制造业的巨大进步推动了高温合金,特别是镍基高温合金的高速发展。高温合金材料的难加工问题是目前制造业的难点,其在切削过程中存在切削力大、切削温度高等现象,直接影响到工件加工表面质量和刀具使用寿命等,因此对切削力进行测量和分析是研究高温合金切削加工的有效途径。探究PCBN刀具切削高温合金切削力变化规律,首先阐述高温合金的材料特性及加工特点;其次设计并进行单因素和正交试验,探讨负倒棱对切削力的作用和影响规律,建立切削高温合金切削力预测模型;最后实现预测模型的优化,并与试验数据对比验证,为高温合金工艺参数优化起到参考和借鉴作用。     

基于萤火虫算法的CFRP材料铣削刀具结构优化

为了提高CFRP零件的加工表面质量和刀具寿命,针对其铣削加工的刀具结构进行了优化。设计了刀具结构参数与CFRP材料铣削加工表面粗糙度、后刀面磨损量之间的正交试验。应用极差分析法分析了刀具结构参数对CFRP材料加工表面粗糙度、后刀面磨损量的影响规律,并应用多元线性回归法建立了刀具结构参数与表面粗糙度、后刀面磨损量之间的数学模型。基于此模型,采用FA萤火虫算法,优化了刀具的结构参数,并进行了实验验证。结果表明:在试验参数范围内,刀具结构参数对于CFRP工件铣削表面粗糙度的影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具的后角、螺旋角和前角增大时,工件的表面粗糙度都呈减小趋势,但减小的快慢程度不同;刀具结构参数对于后刀面磨损影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具后角增大时,后刀面磨损量迅速上升,当螺旋角增大时,后刀面磨损量减小,当刀具的前角增大时,后刀面磨损量先减小后增大。采用FA萤火虫算法优化后的刀具结构对CFRP材料进行铣削实验,实验结果值与建立的模型预测值误差较小,表面粗糙度的误差率为3%,刀具后刀面磨损量的误差率为7.6%。     

陶瓷刀具切削难加工材料技术通过鉴定

陶瓷刀具切削难加工材料技术通过鉴定南京航空航天大学机械工程系完成的＂陶瓷刀具切削难加工材料技术＂，日前通过了由中国航空工业总公司组织的技术鉴定。课题组对陶瓷刀具切削镍基高温合金沟槽磨损形成机理从切削试验、扫描电镜分析、有限元分析等方面进行了深入的研究...     

后刀面织构化硬质合金刀具干切削氧化铝陶瓷生坯磨损机理研究

针对冷等静压氧化铝陶瓷生坯干切削中出现的刀具磨粒磨损严重等问题,利用激光加工技术制备后刀面织构化硬质合金刀具,对氧化铝陶瓷生坯干切削加工,研究后刀面织构化刀具磨损机理。结果表明在干切削氧化铝陶瓷生坯过程中,刀具前刀面仅有轻微磨损,后刀面有较为严重的磨粒磨损。相比硬质合金刀具,后刀面织构化刀具能有效降低刀具磨损,且织构沟槽平行于主切削刃的后刀面织构化刀具(AT-1)能有效提高刀具耐磨性。研究发现后刀面微织构在干切削过程中存在"衍生切削"现象,"衍生切削"能切除刀-工接触表面中的硬质点,避免硬质点加剧刀具磨损;微织构还有储存氧化铝粉末切屑的作用,这进一步减少硬质点对刀具后刀面的影响,延长刀具寿命。     

高压冷却下切削高温合金刀具应力分布研究

高温合金广泛应用于航空航天等领域,是一种典型的难加工材料。PCBN是一种超硬刀具材料,在加工高温合金时性能优异,但切削过程中存在刀具磨损和破损严重等现象。高压冷却是一种新的冷却方式,能够有效减小机械冲击,并影响刀具应力分布,因此研究高压冷却下的刀具应力分布具有重要意义。首先建立高压冷却下刀具应力模型,为高压冷却下刀具应力变化规律提供理论基础;其次采用有限元方法,对不同冷却条件、切削用量和冷却压力的刀具应力分布进行仿真结果分析,获得不同切削条件对刀具应力的影响规律;最后进行高压冷却试验,分析切削力、刀具应力分布及刀具破损变化规律,为高压冷却下高效加工高温合金和刀具优化等提供一定的技术基础。     

镍基高温合金零件的摆线铣削高效加工技术

针对镍基高温合金零件的高效加工难题,提出一种高效铣削方法——"摆线加工",即采用大切削深度和合理的径向进给量加工零件,总结出选择切削深度这一重要切削参数的经验公式,获得了优化的切削参数,并将摆线铣削加工方法成功应用于GH3536、GH4169镍基高温合金深孔零件的加工中。实践证明,该方法能够缩短加工时间50%～75%,延长刀具的使用寿命,是一种具有很高应用价值的镍基高温合金材料高效铣削技术。     

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.     

陶瓷刀具切削高温合金试验研究

本文通过对陶瓷刀片车削镍基高温合金GH4169机理的研究,得到了切削速度、进给量和切削深度对切削力及切削温度和表面粗糙度的影响,进而优化切削工艺。借助olympus的3D测量激光共焦显微镜,得到了刀片的磨损形貌,并对其做了简要分析。     

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.     

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.     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明：在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

镍基高温合金的切削加工

航空发动机零件结构复杂,而高温合金等难加工材料加工难度更大。对工件来说,复杂型面数控程序优化难,高温合金材料容易造成加工变形和让刀,使加工精度不符合要求;对刀具来说,加工镍基高温合金零件,容易造成刀具快速磨损,刀具消耗大。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金GH4169表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次,将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明:在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。