微小孔加工试验及刀具磨损机理

由于钛合金和印刷电路板的难加工性使得微小孔的加工精度和表面质量难以保证,刀具技术成为提高加工效率的主要障碍。本文应用3种不同涂层钻头对钛合金和印刷电路板进行微小孔钻削对比试验,研究了进给速度与切削力和扭矩的关系,分析了刀具的磨损特征以及孔的表面质量和孔入口处的毛刺情况。结果表明:钻削印刷电路板的临界进给速度为1 591.2 mm/m in,涂层对钻削力和扭矩的影响不明显;类金钢石(DLC)涂层硬质合金钻头比普通硬质合金钻头和T iC涂层硬质合金钻头更适合加工钛合金材料微小孔。     

DLC涂层硬质合金微钻的制备及其切削性能

在硬质合金微型刀具加工高硅铝合金等难加工材料时,通过采用改进的热丝CVD装置开展了DLC涂层硬质合金微钻制备工艺优化,得到了最优沉积工艺,并配合高速加工高硅铝合金(Si15%)材料微小孔钻削性能对比试验,分析了刀具的磨损机理.结果表明:两步预处理方法适合复杂形状硬质合金衬底的预处理方法.钻削高硅铝合金时,DLC涂层具有低摩擦系数和高耐磨损特性,同等切削条件下,涂层微钻的切削寿命比未涂层硬质合金微钻提高了10倍.     

碳纤维增强碳化硅基复合材料的低温铣削研究（英文）

碳纤维增强碳化硅基复合材料(C_f/SiC复合材料)是航空航天高端装备热端构建最具潜力的新型高温结构材料,但是其干切削存在切削温度高、刀具磨损快和加工损伤严重等问题。本文研究了C_f/SiC复合材料的液氮低温铣削特性,并开展了低温切削和干切削的对比试验研究。阐明了铣削用量和低温介质对切削温度、切削力、加工表面质量和刀具磨损的影响规律。结果表明,液氮低温铣削C_f/SiC复合材料的切削温度比干切削降低了40%—60%;低温铣削中,随着铣削用量的增加,切削力逐渐升高;低温铣削的加工表面质量优于干切削。C_f/SiC复合材料的去除机理主要包括纤维断裂、基体破坏和纤维与基体脱黏等。PCD铣刀的主要失效形式是后刀面磨损,液氮低温铣削中低温阻碍了PCD铣刀中粘结剂Co软化和金刚石相变,因此刀具寿命得到提高。     

TiN涂层刀具高速铣削铝衬PCB的刀具磨损规律

采用单因素实验比较了不同切削条件下,高速铣削铝衬PCB的TiN涂层立铣刀后刀面磨损VB值的变化。研究冷却方式、主轴转速、每齿进给量对刀具磨损的影响规律。在金相显微镜下观察刀具磨损形貌和分布,发现前刀面上有大量粘结物,并极易产生积屑瘤;而切削路程超过2 000mm时,加工表面质量严重下降,铜箔翻边。     

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.     

麻花钻磨损振动信号的时域与频域特征分析

本文提出采用振动信号监测钻削过程中钻头的磨损状态。对主轴振动信号随钻头磨损而变化的时域和频域特征进行了实验研究和理论分析。实验表明:振动信号能够较好地反映切削过程中刀具的状态。随着刀具磨损的增加,振动信号的振幅增大,振动能量亦相应增加。信号的时域波形和谱结构表明刀具在即将发生剧烈磨损之前,将出现所谓“转速调制现象”,即与转速同步的振动信号被高频信号所调制。文中解释了这种现象发生的机理,并提出利用该特性进行钻头磨损监测和预报的方法。建立了以APPLE—Ⅱ微型机为主体的刀具磨损监测系统,实际监测试验表明监测系统具有很好的应用前景。     

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。     

高强度碳纤维增强复合材料层合板的钻削制孔过程及其缺陷形成分析

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。针对T800级高强度CFRP单向层合材料开展直角自由切削试验,研究其在切削过程中的切削力和切削热随纤维方向角的变化产生的各向异性行为。针对制孔刀具三尖钻和八面钻开展CFRP层合板的钻削制孔试验,研究了三尖钻和八面钻的具体钻削过程中切削力、扭矩和切削温度的变化规律及其对钻削缺陷形成的影响。此外,对钻削制孔形成的孔壁加工表面进行分析,得到了典型孔壁缺陷的形貌照片并分析其形成原因。     

高速钻削复合材料的切削力

采用多种硬质合金钻头,在高转速和不同进给速度条件下对碳纤维/环氧树脂复合材料进行孔加工正交试验,通过研究其轴向力和扭矩以分析刀具条件和切削参数的适应性.结果表明:主轴转速是影响轴向力和扭矩的最主要因素,高转速钻削时轴向力和扭矩都显著减小;减小进给速度也使轴向力和扭矩减小,但其影响小于主轴转速.此外,钻头材质对轴向力和扭矩的影响大于钻头几何形状和进给速度;进给速度对轴向力的影响较大,而钻头几何形状对扭矩的影响较大.     

金属基复合材料的切削加工

选用四种切削性能优良的刀具材料：细晶粒硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石，对两种典型的金属基复合材料即氧化铝纤维增强与碳化硅颗粒和氧化铝纤维混杂增强铝基复合材料的切削加工性进行了全面深入地研究。结果表明：加工混杂增强铝基复合材料时，聚晶金刚石刀具的磨损阻力最大。而加工纤维增强复合材料时，细晶粒硬质合金刀具的磨损率低、工件表面完整性好且加工成本最低。本文对刀具的磨损机理也进行了深入探讨。最后，从刀具磨损和表面完整性观点出发，给出了加工不同金属基复合材料的最佳刀具材料。     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

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。     

用于高硬度模具钢SKD11的铣刀几何角度优化及试验

在切削淬硬模具钢SKD11中,为开发和选用与生产条件相匹配的具备优化几何角度的高性能铣刀,对专用于高硬度模具钢SKD11铣刀的几何角度进行了优化及试验分析.设计了4类不同几何结构的TiAlN复合涂层铣刀.从切削力、切削振动、切削变形、铣刀耐用度以及铣刀磨损机理等方面对这4类铣刀高速铣削SKD11过程进行了研究,综合评价其铣削性能,确定了在常用的高速加工生产条件下的优化铣刀.所选择的优化槽形铣刀具的寿命比之其他刀具延长3倍,在切削力和切削振动方面,该刀具具有最稳定的表现,而且大小较其他刀具下降70%.     

两种提高钻床加工精度和效率的配件装置设计

设计了立式钻床用的两种钻床配件装置：一是可调式二轴头架，可同时钻削两孔，且钻削主轴的轴距可调．应用范围广、效率高。二是孔距定位装置，不需要钻孔模具可一次装夹钻削均匀周布的多孔零件，在不损伤钻床的前提下扩大了钻床的应用范围。提高了加工精度。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

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.     

Experiment on Machinability of Ti2AlNb Intermetallic Alloy

Ti2AlNb intermetallic alloy is a newly developed high-temperature resistant structural material due to its excellent material and mechanical properties,which also make it to be one of the most difficult-to-cut materials.In order to study the machinability of Ti2AlNb alloy,a series of turning experiments of Ti2AlNb alloy with varying cutting speed and feed rate using coated carbide tools are carried out.The results associated with cutting forces,cutting temperature and tool wear are presented and discussed.Moreover,the cutting performance of Ti2AlNb alloy is evaluated in comparison with that of most commonly used Ti6Al4 Vand Inconel 718 alloys in terms of the cutting forces and cutting temperature.The comparison results show that there is a correlation between the machinability and the mechanical properties of work material properties.Additionally,considering material removal rate and tool life,the optimized machining parameters for cutting Ti2AlNb alloys using coated carbide tools are recommended.     

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.