提高刀具耐用度的又一途径——消除热电磨损研究

一、概述 如何减少刀具磨损以提高刀具耐用度是金属切削加工的基本研究课题之一。特别是在航天、航空工业中,大量应用各种高强度难加工材料,研究此课题则更具有重要意义。刀具磨损是由机械、热、化学及金属冶金特性等所引起的,同时,加工时的热电效应也是影响刀具磨损的重要原因之一。金属切削过程中,由于工件和刀具的材料不同,在切削热的作用下,接触处会产生一个接触电势,如图1中的Ea、E_bo同时在刀杆和工件上,由于切削热的传导作用(即有温度梯度)会产生一个温差电势,     

切削加工刀具磨损及其预测建模技术研究进展

刀具磨损不仅影响工件加工表面质量和加工精度,而且频繁地换刀还会降低加工效率、增加生产成本,通过研究刀具磨损机理,影响刀具磨损的因素以及刀具磨损预测模型建模技术,为降低刀具磨损提供技术支持。对切削加工过程中刀具磨损及其预测建模技术的研究进展进行了综述。首先,基于近年来刀具磨损机理研究进展,分别对几种主要刀具磨损机理的表现形式及特征进行了分析。其次,重点论述了切削加工过程中切削参数、刀具几何参数、刀具和工件材料特性及加工方法等因素对刀具磨损影响规律,总结分析了刀具磨损预测建模方法和形式。最后,结合制造业绿色节能的发展理念和高速发展的计算机技术,指出降低刀具磨损的加工方法和刀具磨损预测建模技术的未来发展方向。     

钛合金切削加工技术研究进展

钛合金是典型的难加工材料,加工时刀-屑接触面积小、应力大、温度高,刀具粘结磨损、扩散磨损严重。刀具材料的合理选择是应对钛合金加工的首要问题,含钛刀具在高速下可以用于切削钛合金。在一定条件下刀具表面形成稳定的钛合金粘接层,可以起到抑制磨损的作用。随着数值计算理论和软件工具的不断发展,切削过程仿真和预测必将在钛合金切削加工理论和技术的研究中起到越来越重要的作用。     

绿色切削技术的研究现状及发展

与湿切削相比,由于缺少了切削液的冷却、润滑和辅助排屑等功能,干切削过程中刀具、工件和切屑之间摩擦以及刀具磨损加剧;切削力、切削热和切削区温度急剧增加;同时,加工精度和工件表面质量变差.但是,干切削具有对大气和水环境无污染、切屑上无残液从而降低了清洁处理成本、对人的健康无害且不会损伤皮肤或造成过敏等优点.而且通过改进刀具技术、机床性能和切削工艺可以消除干切削的不利影响.     

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。     

钛合金铣削刀具/工件接触区域温度预测

钛合金（Ti-6Al-4V）因其优良的综合性能广泛应用于航空航天领域中,然而由于其导热系数低、弹性模量低等特性,铣削加工过程中刀具/工件接触区域温度过高,从而导致刀具磨损严重,影响已加工表面质量。因此研究切削过程中刀具/工件接触区域温度具有重要意义。从切削机理出发,将切削区域的3个热源等效为螺旋线热源,其中热流密度计算类比铣削力预测模型中铣削力计算方法,提出包含铣削热系数的热流密度计算模型,并通过实验标定铣削热系数,结果表明热流密度随切削厚度增加接近于线性增加。建立刀具/工件接触区域温度预测模型,通过半人工热电偶测温实验对模型的可行性与准确性进行了验证,实验值与预测值的相对误差在10%之内。提高了刀具/工件接触区域温度的计算精度,并为切削参数的合理选择提供理论基础。     

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.     

自然热电偶标定方法的改进

当切削金属材料时,刀具与被切削材料就形成了一对自然热电偶,刀具和被切削材料的接触处是自然热电偶的工作端(亦叫热端)。工作端的温度是引起刀具磨损的主要因素之一,为了减少刀具磨损,提高刀具耐用度,就必须降低切削温度。为此,就必须测出切削区的瞬时切削温度值。测量切削区平均温度的方法很多,其中最简便又最常用的是自然热电偶法,但在采用这种方法时,事先一定要将自然热     

摆线铣加工技术及其在航空发动机加工中的应用

与传统加工不同,摆线铣加工过程中刀具-工件包角一直处于较小的状态,刀具在公转一周的过程中处于切削状态的时间较少,从而非常有利于切屑的排出与刀具的散热。摆线铣削主要目的是在充分满足径向切深的情况下避免槽铣等全浸入式铣削。这对于减少刀具的磨损、延长刀具的使用寿命非常有利。而对于采用较小的刀具-工件包角有可能带来的切削效率降低,在摆线铣技术中,可以采用比常规铣削方法更大的轴向切深以提高材料去除率。     

硅铝合金表面缺陷形成机理及其加工工艺优化研究进展

硅铝合金是电子封装和汽车领域广泛应用的一类重要材料.硅铝合金在切削加工中存在加工表面质量差和刀具磨损严重等问题.研究硅铝合金在切削加工过程中产生的表面缺陷和切削刀具适配性,是提升硅铝合金的可切削加工质量的技术关键.本文针对切削加工硅铝合金表面缺陷的形成机理、控制方法以及刀具材料选择及磨损机理进行了系统的阐述,并对该领域...