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。     

铣削硬质合金时的材料脆延转变特性试验研究

硬质合金是一种难加工材料,具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性。为了实现对硬质合金材料的高效精密切削加工,本文以聚晶金刚石(Polycrystalline diamond, PCD)刀具铣削WC-15Co硬质合金为研究对象,基于Bifano切削厚度模型计算出WC-15Co的临界切削厚度,进而与切削参数对应的最大切削厚度比较,初步确定了被加工材料脆性域切削与延性域切削共存的跨域铣削参数范围。在此基础上,通过高速铣削试验,分析了每齿进给量、径向切削深度和切削速度等切削参数对试件已加工表面质量和切削力等的影响,并探讨了其作用机理。结果表明：在跨域铣削参数下,即当切削速度为300 m/min时,控制每齿进给量在11μm/z以内,径向切削深度小于1 mm,可以获得延性域切削表面,此时表面粗糙度小于0.2μm,表面无明显脆性破坏缺陷,材料去除率最高可达到157 mm³/min,显著高于纯延性域切削时的43 mm³/min。     

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。     

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。     

Invar36合金端面铣削力研究

为了研究Invar36端铣过程中切削参数对切削力的影响规律,进行了切削力的单因素实验。对比分析了Invar36与0Cr18Ni9的切削力,研究了切削过程中切削力信号的产生及特征,并对加工过程中的动态切削力进行了频谱分析。分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对切削力的影响规律,建立了切削参数与切削力之间的数学模型。结果表明:刀具坐标系内的径向分力Fr表征了工件对刀具后刀面的挤压作用,单个切削周期内的切向铣削力Ft的峰值超前径向铣削力Fr的峰值。回归模型中的相关系数表明,切削参数对切削力影响的显著性依次为轴向切深、每齿进给量、切削速度。随着轴向切削力的增大,试件表层的Invar36晶粒扭曲程度更加明显,晶粒扭曲深度也随之加深。     

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。     

C/SiC复合材料铣削表面完整性研究

采用PCD刀具进行了C/SiC复合材料的铣削加工实验,通过观察加工表面/亚表面损伤,分析了C/SiC复合材料铣削加工表面形成机制,并结合切削力讨论了铣削参数对加工表面形貌和粗糙度的影响。研究结果表明,C/SiC材料以脆性断裂方式实现去除;加工表面存在纤维的层状脆断、拔出和纤维束断裂等现象;碳纤维区域粗糙度随铣削参数的变化规律与表面微观形貌基本一致;提高切削速度能改善表面质量,增大切深会使表面质量严重恶化,每齿进给量对表面质量影响较小。     

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。     

置氢钛合金TC4的切削加工性研究

采用热氢处理技术在800℃下对Ti-6Al-4V钛合金进行了置氢处理,并利用硬质合金刀具对不同置氢量钛合金开展了车削试验研究.重点研究了置氢处理对切削力、切削温度以及刀具磨损的影响.结果表明:在给定的试验条件下,随着王氢量的增加,切削力、切削温度、刀具后刀面磨损量均呈现先降低、后升高的变化趋势;主切削力最大降幅为11%,切削温度最大降幅为80℃,后刀面平均磨损量减小了1倍;明显改善Ti-6Al-4V钛合金切削加工性,其置氩量范围为0.16%～0.37%,其中最佳置氢量为0.26%.     

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。