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。     

振动钻孔刀具的损伤特性

本文分析了动态角度变化、切削波形变化和一个振动周期内的切削过程对振动钻孔刀具损伤的影响;通过耐热钢20Cr11MoWV和高强度钢30CrMnSi的钻削试验,探讨了振动钻孔刀具损伤特性.     

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。     

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.     

SiCp／Al,SiCw／Al复合材料加工的切削温度与刀具磨损的试验研究

通过对ＳｉＣｐ／Ａｌ、ＳｉＣｗ／２０２４复合材料的外圆切削加工试验得出，Ｋ类硬合金刀具优于Ｐ类，ＰＤＣ刀具优于其他各种刀具材料；并证明复合材料颗粒含量越高，粒度越粗，刀速越高，等是其主要原因。     

钛合金材料的切削加工及专用刀具开发

本文主要针对多种典型钛合金的车削、铣削和钛合金剥皮与平头等3种加工方式从高速切削加工中切削刀具、材料切削性能评价、切削加工机理、建模仿真及工艺优化等方面进行阐述。     

超声椭圆振动精密切削

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。     

超声振动切削金属基复合材料的刀具磨损

用实验提示超声复合加工含有硬脆强化相如SiCp、Al2O3p、SiCw等的金属基复合材料,当比例较低时,能有效地减少刀具磨损,提高刀具的耐用度;比例较高时,效果不明显.     

伊斯卡刀具在钛合金切削加工中的应用

伊斯卡公司开发出全系列的用于钛合金加工的铣削系列、车削系列和孔加工系列,这些刀具在加工主流钛合金时,其金属去除率可比平均水平高出40%以上。     

PCD刀具车削钛基复合材料刀具磨损研究

使用PCD刀具对钛基复合材料进行切削速度单因素车削试验,研究了PCD刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明:在15 ～ 60m/min范围内,随着切削速度的增大,切削力从473N逐渐减小到367N,切削温度从274℃逐渐升高到564℃;刀具切削路程随着切削速度的增大从390m先增大到702m然后减小至467m,在切削速度为45m/min时达到最大值;PCD刀具前刀面并未出现典型的月牙洼磨损,而是前后刀面同时磨损,后刀面均呈典型的带状磨损带,且前后刀面均有犁沟出现和钛合金粘结;刀具磨损的主要原因是磨粒磨损和粘结磨损,随着切削速度的增大,磨粒磨损减弱,粘结磨损增强.     

高速切削刀具新技术

高速切削已经成为切削加工的主要发展方向。为真正实现切削加工的高速化,不仅要研究开发与高速切削相适应的刀具材料,还要不断改进刀具结构及刀具监控系统。本论坛汇集专家、用户和厂商等多方观点,力求为高速切削刀具的发展和应用提供一些借鉴。     

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。     

21世纪的切削刀具

从材料、制造工艺等方面论述了切削刀具材料的演变及在制造设计方面的进步,并提出了21世纪切削刀具的发展趋势。     

高性能数控切削刀具的管理技术

航空航天制造业的加工方式以小批量、多品种混线加工为主,相对于大批量生产的汽车制造行业,在零件切削加工生产中,由于零件材料的难加工和零件结构的难加工特性,不仅对高性能数控刀具有迫切的需求,而且合适的刀具管理技术对数控生产质量的提升具有重要的意义和应用价值。采用数控机床进行金属切削加工,不仅是航空航天制造业的主要金属切削方式,也在整个工业生产中占据主流。在数控切削方式的变革中,生产质量管理也发生了很大的变革。     

Ni—Ti形状记忆合金的切削试验

通过切削试验证实：Ｎｉ－Ｔｉ形状记忆合金的切削加工性比４５＾３＃钢高出３－４倍，致使刀具急剧磨损。切削时以选用Ｋ类硬质合金为宜，且有最佳切削速度。     

高温合金切削中刀具的合理选用

刀具材料是刀具几何设计和加工工艺参数选择的基础.刀具材料是推动当今高速切削技术发展的关键技术之一,刀具材料的超前发展为高速切削加工工艺的发展创造了重要的条件.     

低烧蚀碳/ 碳复合材料切削刀具适应性研究

通过对切削规律进行系统实验和深入分析的基础上,探讨切削低烧蚀碳/碳复合材料过程中的切削温度、刀具耐用度、刀具的磨损等方面的基本规律。结果表明,低烧蚀碳/碳复合材料较普通碳/碳复合材料增加了难熔金属化合物颗粒,该颗粒极大改变了材料的切削特性;切削温度略有上升,但远低于金属材料的切削温度,不会影响刀具寿命;所添加的颗粒硬度极高,对刀具有明显的硬质点划擦磨损,造成刀具耐用度急剧下降;各种刀具磨损以硬质点磨损为主,同时存在不同的磨损和破损形式。     

涂层刀具铣削加工300M钢的刀具磨损试验研究

建立了一套便携式的在线刀具磨损图像检测装置及相应的计算程序,利用该装置观察到了涂层硬质合金刀具加工300M高强度钢过程的定性磨损规律,并确定了刀具磨损量的测量方法。