表面织构刀具的研究现状与进展

国内外相关研究学者采用电火花、光刻、激光等加工技术在硬质合金、高速钢等刀具上制备了尺寸从微米级到纳米级的多种表面织构,研究了其切削加工钢、铝合金、钛合金等工件材料的切削性能,结果表明表面织构刀具在改善刀-屑接触面摩擦润滑状态、降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损方面具有显著的效果。     

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。     

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.     

复合材料高效加工刀具技术

复合材料具有高比强、高比模、耐疲劳等诸多优点,因而,已越来越广泛地被应用在航空航天制造业中,如波音787飞机复合材料的应用量已达到50％.我国飞机上复合材料的应用比例也大幅度增加.但是,复合材料是一种非常难加工的材料,其主要原因是复合材料是2种或2种以上的材料通过物理方法形成的,不同于晶格结构的金属,因而材料的塑性变形难,散热性也差,因此,复合材料铣削加工性能差、效率低、刀具寿命短,被加工表面粗糙度值高,易出现分层或抽丝现象.传统的复合材料加工刀具的切削刃不足够锋利、切削阻力大,加剧了刀具的磨损,而且刀具的切削进给速度很低,很难满足复合材料优质高效的加工要求.     

微纳织构涂层刀具研究进展

<正>国内外相关研究学者采用电火花、光刻、激光等织构加工技术与气相沉积等涂层制备技术,在硬质合金、高速钢等刀具上制备了尺寸从微米级到纳米级的多种表面织构以及各种软、硬涂层,研究了其切削加工钢、铝合金、钛合金等工件材料的切削性能。结果表明,织构涂层刀具在改善涂层性能、刀-屑接触面摩擦润滑状态、降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损等方面具有显著的效果。     

模具零件加工中圆孔倒角刀具的设计

在模具零件的生产中,经常要遇到圆孔倒角的问题,这些被倒角的型面有着较高的角度精度、表面粗糙度的要求,同时还要保证被倒角与圆孔同心,要求倒角孔有着较高的位置度要求.这些技术要求采用常规的工艺及刀具很难保证产品的要求,生产中发现,受机床转速及刀具安装精度等问题的影响,倒角质量不高.常规加工方法多采用钻头钻进方式直接倒角,工件表面质量差,刀具使用寿命低.同时有的刀具在切削时会出现切削不平稳,费时费力,被加工内孔表面粗糙度较低,无法满足加工要求.     

高速切削刀具系统

德国高速切削研究团队认为,高速切削的速度范围应该是传统切削速度的5-10倍.而实现高速切削可能涉及机床、刀具.工件、工艺参数等诸多方面的问题.     

先进刀具技术现状分析及发展趋势

高速切削作为先进制造技术的一项全新的共性基础技术,已经成为现代切削加工技术的重要发展方向。先进刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用,选择合理的刀具材料、涂层及几何参数将是实现高效切削加工的关键。因此,刀具作为切削加工工艺系统中最活跃的因素已经成为实现高速切削加工的必要条件。     

高效切削与高完整性加工技术

高效加工是满足日益提高的产品精度和生产效率要求的必要措施.选择合适的高效切削加工工艺和高完整性加工技术,可以在大幅降低生产成本的同时实现加工工件的高尺寸精度和高表面完整性.对高效切削加工工艺及高完整性技术进行综述,介绍和分析包括高速切削技术、复合加工技术、先进加工刀具、高效冷却技术和新型高完整性加工原理及其技术应用.研究表明,切削高速度、刀具高效率、机床高复合、冷却高环保以及新型高完整性加工技术是高效切削及切削后续工艺的重要发展方向.     

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。     

6061铝合金铣削过程刀具磨损研究

6061铝合金铣削加工过程中,刀具受到剧烈的力和热的综合作用,导致铣削过程中刀具严重磨损,使得加工效率低、加工质量差。使用超景深和能谱分析仪观察和分析刀具磨损,使用白光干涉仪观测表面粗糙度,研究刀具磨损与工件表面粗糙度的关系。结果表明:使用硬质合金刀具铣削6061铝合金时,在铣削前期铣刀很容易产生微崩刃;试验中扩散磨损是影响刀具磨损的主要原因;在刀具缓慢的磨损初期,工件表面粗糙度增加较为明显,磨损量均匀增加的稳定磨损阶段工件表面粗糙度增加较为缓慢。     

加强刀具技术研究提高制造业竞争力——访国家杰出青年科学基金获得者,山东大学机械工程学院教授刘战强

():您长期从事高速切削加工理论(特别是切屑形成机理)、刀具磨损、铣削稳定性、加工表面完整性等方面的研究,请介绍下您在这几方面开展了哪些创新性研究?取得了哪些研究成果? 刘战强:与普通切削加工技术相比,高速切削加工在切屑形成机理、刀具磨损、切削加工稳定性及加工表面完整性等方面均存在显著差别.加工塑性金属材料时,随切削速度提高,切屑形态由连续带状转变为锯齿状乃至碎断状,切屑形态对刀具寿命和加工表面质量具有重要影响,研究切屑形成过程的力学控制机制及其与切削条件之间的关系至关重要.课题组在研究过程中依据自己发明的超高线速度获取方法和高速切削条件下切屑根部获取方法,结合力学、能量学及材料学分析,提出了绝热剪切-韧性断裂复合型锯齿状切屑形成模型,揭示了切屑变形规律和集中剪切带的启动与扩展路径.     

航空、军工行业中的株钻刀具

航空零件加工中株钻部分刀具的应用 航空航天零件的加工科技含量相当高,是先进材料和先进工艺集中的行业,航空类零件加工用刀具主要分为飞机制造企业的飞机结构件加工和航空发动机生产企业的盘环零件加工.飞机结构件的加工主要为钛合金、铝合金、不锈钢等零件的铣削;航空发动机行业主要涉及的是高温合金、钛合金的车削加工.这些零件具有难切削的工件材料、复杂的形状、高精度的尺寸和光洁度要求等特点,对加工工艺和所用刀具提出了较高的要求.目前的航空刀具领域主要还是几大欧美刀具品牌占主导地位,主要为ISCAR、KENMATAL、SANDVIK、SECO等,刀具价格居高不下,且消耗量相当大,因此各航空发动机加工企业都有降低刀具成本的强烈愿望.株洲钻石切削刀具股份公司借助公司的硬件条件和多年来在刀具的研发、制造、应用方面的经验,在2003年启动了航空刀具的研制项目,与各航空加工企业合作进行产品的研发、生产、试验和产业化,已取得了阶段性的成果.     

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。     

面向航空结构件的高性能加工刀具性能评价

随着航空业的不断发展,现代飞机和航天器性能要求越来越高,零件外廓尺寸相对截面尺寸较大,铣削加工余量大、加工工艺性差,加工工期长,尤其加工薄壁零件时尺寸更是难以保证[1].实现航空结构件的高精度、高效率和高可靠性铣削加工是航空制造业面临的重要技术难题之一.在航空整体结构件高速铣削加工中,影响切削加工的最直接因素就是刀具的切削性能,刀具寿命、切削力和工件表面质量等均与刀具的几何参数有关.选择合理的刀具几何参数,不仅能够提高生产效率,还能延长刀具的使用寿命[2].如何有效地选择加工航空结构件切削刀具,对实现航空关键结构件的高效精密加工至关重要.     

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...     

刀具钝化对铣削GH4169表面粗糙度的影响

针对GH4169难加工材料,采用单因素实验法,研究了不同切削参数下刀具钝化对面粗糙度的影响,实验表明:使用钝化刀具加工形成的表面粗糙度较未钝化刀具有所下降,表面质量得以提高;切削深度由刃口半径的0.5倍变化到4倍时,表面粗糙度呈先减小后增大趋势,当切削深度是刃口半径的2倍时表面粗糙度最低.     

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。     

难加工材料切削加工刀具及参数的评价技术

在深入分析难加工材料的切削加工特点、刀具及切削参数评价体系的基础上,针对已有的评价体系不能准确、量化、全面的评价刀具及切削参数的问题,尤其是针对难加工材料进行切削加工时,提出了利用单元体积材料的可变加工成本为指标的难加工材料切削加工刀具及参数的量化评价体系。将切削加工过程的经济性引入到刀具及参数的评价指标中,实现了针对难加工材料切削加工刀具及参数的准确、量化评价。并结合多种难加工材料进行相关评价试验,结果表明,以单元体积材料的可变加工成本为指标的刀具及参数评价体系能够实现针对难加工材料进行切削加工的刀具及参数的准确、量化评价,为企业在实际生产中进行刀具及切削参数优选提供准确的量化参考。     

超硬刀具高速切削钛合金研究进展

国内要在超硬刀具高速切削钛合金关键技术方面取得突破,须通过进一步合理地选择刀具材料及几何参数,优选切削用量,针对不同的加工对象制定相应的加工工艺规范,最终高效率地加工出表面完整性优异的航空零件。