微型车刀微孔织构设计及高速微车削试验

针对微型刀具高速微切削过程中磨损严重的问题,基于表面非光滑技术,在刀具表面进行微孔织构设计,并采用Deform-3D进行金属切削动态模拟分析。分析表明,前刀面带有微孔织构的微型车刀主切削力、刀尖最高温度、刀具磨损量,与无织构车刀相比都明显降低。利用微细电火花加工技术在微型车刀表面加工微孔织构,使用自行研制的高速微车削实验装置进行6061铝合金的微加工实验,并从刀具表面磨损状况、切屑形态、已加工表面粗糙度3个方面进行评价。实验结果表明,微孔织构在提高刀具减磨性能和已加工表面质量方面效果良好,微织构改善了切屑形态,增强了刀具排热、抗黏结性能。     

硬质合金刀具正交切削钛合金试验的研究

刀具与切屑之间的摩擦磨损是影响刀具磨损的主要原因,在刀具表面上制备出微织构可以有效的提高刀具耐摩擦磨损性能,延长刀具寿命。利用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面上制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,通过正交切削试验观察切削过程中切屑与刀具之间的相互作用,对比微坑织构对刀具的黏刀量、切屑形态和刀具前刀面的磨损量的影响。研究结果表面,微坑织构可以减少刀具的黏刀量,减少冷焊,增加刀具的耐摩擦磨损性能;存储少量的切屑和硬质合金颗粒,减少刀具表面划伤,增加刀具寿命;增大切屑的卷曲率,有利断屑防止切屑堆积。     

氧化锆陶瓷车削中刀具表面微织构参数对切削性能的影响

利用飞秒激光加工技术在硬质合金车刀后刀面加工出不同宽度和间距的沟槽型表面织构。通过氧化锆陶瓷材料干切削试验,研究织构化刀具磨损机理,分析织构参数对切削力和刀具磨损量的影响规律。实验结果表明：具有合理参数的后刀面织构化刀具能够明显降低切削力,减少刀具磨损。沟槽型织构通过储存切屑、稳定黏结物和对已加工表面上硬质点的二次切削作用,降低刀具后刀面的黏着磨损和磨粒磨损。织构的二次切削作用会导致切削力增大,与织构的减摩作用共同影响切削力。     

表面微织构刀具切削加工技术

刀面微织构改变了刀具与切屑之间的摩擦状态,表面微织构刀具在切削中能够降低刀具磨损、提高刀具寿命和切削性能,研究表面微织构刀具的切削加工技术具有重要意义。通过对表面微织构刀具切削加工技术进行综述,介绍了表面微织构刀具制备方法以及表面微织构刀具在切削加工过程中的切削力、切削温度、刀具磨损、工件加工表面粗糙度的影响规律,梳理了表面微织构在不同刀具上的应用,对表面微织构刀具切削加工技术的未来发展趋势进行了展望。     

硬质合金切槽车刀表面织构设计及性能分析

为了改善高温合金GH4169环槽车削加工难度大、刀具磨损严重问题,运用摩擦学理论对切槽车刀前刀面表面进行织构改性。设计三种前刀面织构结构切槽车刀,运用数值计算手段建立GH4169环槽车削加工模型,通过数值计算得到加工过程中刀具温度、磨损速率、加工消耗功率等值。织构型刀具与传统无织构刀具的对比结果表明,表面织构改性能够改善刀具性能与切削加工性能,其中以微沟槽(groove)形式织构效果最优。     

微织构衍生切削下的钛合金正交微切削性能分析

针对微织构刀具加工过程中的衍生切削效应,利用正交微切削单元开展了微坑刀具及无织构刀具的钛合金微切削实验,从切屑底面形貌、微坑黏结状态等方面分析了微坑刀具微切削性能;通过ABAQUS软件对微织构刀具微切削钛合金过程进行有限元模拟,分析微坑织构的衍生切削作用对刀-屑接触应力分布及切削力的影响,优化设计微坑边缘过渡区参数并进行切削仿真分析。实验和仿真结果表明,微坑会减小前刀面黏结,存储微屑,减小刀-屑接触应力,提高刀具减摩性能;但微坑与切屑的衍生切削作用会增大瞬时切削力,降低切削过程平稳性。此外,微坑过渡区优化可改善切削过程波动,降低切削力,改变切屑形态,改善切屑在微坑的流入/流出状态,有助于减小微坑织构衍生切削效应,提高织构的减摩效果。     

激光加工刀具表面微织构的应用研究

切削加工过程中,刀具与工件材料、切屑近距离发生摩擦,产生极高的切削温度和较大的切削力,刀具磨损剧烈。如何延长刀具寿命,抑制刀具的快速磨损成为现阶段研究切削加工的核心课题。刀具表面微织构具有减小切削力、降低切削温度、减缓刀具的磨损的作用,从而能够延长刀具的使用寿命。激光加工技术加工范围广泛、安全可靠、加工精度高、自动化程度高,成为目前加工表面微织构技术中应用极为广泛的技术。研究激光加工刀具表面微织构特别是陶瓷刀具表面微织构,具有重要的理论研究价值与广阔的应用前景。     

陶瓷刀具高速干切削等温淬火球铁(ADI)磨损性能研究

采用陶瓷刀具(CC650)对等温淬火球墨铸铁(以下简称AD I)进行干式高速切削试验,用带有X射线能谱分析的扫描电镜观察刀具表面的磨损形貌,并对刀具磨损微区和工件表面成分进行定性分析,用X射线衍射仪对刀具、工件和切屑等试样进行物相分析,研究高速切削时陶瓷刀具磨损性能及磨损机制。结果表明:切削速度是影响刀具寿命的主要因素;CC650刀具高速干切削AD I时形成的刀具主后刀面和前刀面的磨损形态基本类似中、低速条件下磨损形态,主要区别在其磨损区域紧靠切削刃,最大磨损部位位于切削刃附近;CC650刀具高速切削AD I时切削温度高,其磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果,磨损机制主要包括磨料磨损、扩散磨损、粘结磨损和微崩。     

陶瓷刀具高速车削铸铁切削性能实验研究

针对陶瓷刀具和铸铁材料的切削特点,从切削力、切削温度、表面粗糙度、切屑形态和刀具磨损5个方面进行铸铁高速车削实验研究。首先采用单因素实验,分析切削参数对切削力、切削温度、表面粗糙度的影响,并对切屑形貌进行分析探讨;进而采用正交实验进一步分析切削参数对切削加工性能影响的显著程度,并优选出最佳切削参数;最后在正交实验的基础上,对刀具磨损情况进行分析,证明陶瓷刀具高速车削铸铁的合理性。实验结果为进一步研究铸铁的高效切削、刀具磨损以及切削参数优化、新型陶瓷刀具的开发提供技术支持。     

微坑织构车刀正交切削钛合金试验的研究

基于仿生摩擦学理论,在刀具表面上制备微织构可以有效提高刀具耐摩擦磨损性能和延长刀具寿命。利用激光加工技术,通过控制加工过程中的激光密度、打标次数、打标速度,在硬质合金刀具的前刀面上制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列。正交切削试验对比微坑织构刀具和无织构刀具的耐磨损性能,从刀具磨损的长度、宽度、工件表面质量、钛合金的黏刀量等方面进行评价。研究结果表明:表面微坑织构可以有效提高刀具的耐摩擦磨损性能和钛合金表面质量;随着微坑直径的不断减小,刀具的耐摩擦磨损性能不断提高,存储切屑和硬质合金颗粒的能力也不断提高,减少对刀具前刀面的犁沟作用。     

不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具切削性能的对比

采用激光技术在Al2O_3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出微凹坑和微沟槽2种微织构,并填充MoS2固体润滑剂制备得到微织构自润滑刀具,研究了不同形貌微织构自润滑刀具对淬硬钢的切削性能,并与传统无织构陶瓷刀具的进行了对比。结果表明:在不同切削条件下,采用微凹坑织构刀具切削时的主切削力较采用无织构刀具的平均降低了26.91%,而采用微沟槽织构刀具切削时的平均下降了15.85%;在切削速度较高、进给量和背吃刀量均较小的条件下,采用微织构刀具切削后工件的表面粗糙度较采用无织构刀具的有明显下降;微凹坑织构刀具切削后的切屑变形程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具切削后的,其前刀面的磨损程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具的,微凹坑织构刀具比微沟槽织构刀具表现出更佳的切削性能。     

一种刀具表面阶梯型微织构的作用机理分析

为了探究阶梯状微织构在刀具表面存在的作用及其相关机理,并获取最优的织构参数,利用激光加工设备在硬质合金刀具表面加工出不同参数的凹坑织构,利用摩擦磨损试验机进行销盘式摩擦磨损实验,并通过车床进行了切削铝合金的实验.结果 表明,当刀具表面凹坑织构的直径为65μm、凹坑深度为15μm时,与无织构表面相比,具有凹坑织构表面的摩擦系数降低了43.5％,与硬质合金相对磨的铝合金销的磨损量减小了40.2％,在切削加工中具有织构纹理的刀具的主切削力降低了10.4％.从上述结果来看,刀具表面的阶梯状微织构能够有效起到减摩降磨的作用,同时改变切屑类型,大幅提升刀具的使用寿命.     

MoS_2基固体润滑剂微织构自润滑刀具切削性能的研究

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工不同形状的微织构,并填充不同的固体润滑剂,对制备的微织构自润滑刀具以及传统刀具进行干切削304奥氏体不锈钢的对比试验。试验结果表明,与传统硬质合金刀具相比,微织构自润滑刀具能显著地降低切削力,减小前刀面摩擦系数,降低切削温度,减少刀具前刀面的磨损。选用MoS_2/Sb_2O_3复合固体润滑剂能更好地提高微织构刀具的切削性能,减少切屑的粘结。     

润滑方式对高速铣削淬硬钢的影响

使用TiSiN和TiAlN涂层刀具在3种不同冷却润滑方式下,在高速加工中心上采用固定的切削工艺参数,对淬硬钢SKD11(HRC 62)进行切削试验,研究加工工件的表面粗糙度、切削力、刀具磨损及切屑形态的不同.结果 表明:TiSiN涂层铣刀相对于TiAlN涂层能更好地降低已加工面的表面粗糙度,减小切削力,降低刀具的磨损;在微量润滑(MQL)方式下,已加工面的表面粗糙度值低于干切削和冷风切削条件;在减小切削力、降低刀具磨损、改善切屑形态方面,冷风切削的效果优于干切削,MQL润滑方式增大了刀具切削力.     

刀具表面微织构设计和切削仿真分析

织构在刀具表面上的应用受到众多使用者的青睐,为了进一步深化对织构的设计,使其具有更好的润滑减摩效果,针对微凹坑织构的单一独立性和宽凹槽织构的锯齿切削现象的弊端,设计了微凹坑-凹槽线性组合织构形貌。采用ABAQUS通用软件对新型织构类型刀具进行二维切削仿真,通过仿真对比后发现,织构刀具在应力、切削温度、切屑形态方面都表现出较好的优越性,并且在切屑卷曲方面,织构与刀面交接处的弧度对切屑表面光整度具有较大影响,较大的弧度能够有效降低锯齿切削现象。     

三维微坑织构刀具耐磨损性能研究

采用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,分析激光功率、打标速度、打标次数对微织构形貌和质量的影响;通过正交切削试验对比微坑阵列刀具和无织构刀具的耐磨损性能,从刀具磨损长度、宽度、工件表面粗糙度、切屑的黏刀量等进行评价。结果表面:通过合理的控制激光加工过程中激光功率、打标速度、打标次数来制备出符合要求的微织构形貌;微坑直径的大小对刀具的耐磨损性能有一定的影响,随着微坑直径的不断减小刀具的耐磨损性能有一定的提高,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断减小;当直径小于25μm时,刀具的耐磨损性不断减弱,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断增加;微坑织构对于刀-屑摩擦接触状态、抗黏附、耐磨减阻、存储切屑等方面有着积极的作用。     

微织构刀具制备技术及加工性能研究新进展

近年来,随着可持续发展的兴起,国家对制造业提出了更高的要求,切削作为一种常用的加工手段,其刀具性能的提高也备受关注.在刀具表面制备织构是提高刀具性能的一项先进技术,该技术可以改善刀具的切削性能,从而提高基材的加工表面质量并延长刀具寿命.研究表明,刀具表面的织构通过减小刀具与切屑间的接触长度并改善摩擦条件,有助于降低切削力和切削温度;此外,织构还可以储存润滑剂,有助于实现微量润滑,从而使加工过程更加环保;因此,微织构刀具能有效缓解现有加工过程中存在的切削热过多和污染严重等问题.本文系统地综述了微织构刀具研究领域的最新进展,梳理了织构的制备技术,分析了微织构刀具的作用机理,总结了表面织构对刀具性能、切削性能和加工表面质量的影响以及微织构刀具的应用领域.最后指出了微织构刀具的发展趋势,希望能为微织构刀具领域后续开展深入研究工作提供参考.     

微织构自润滑刀具的切削性能研究

采用激光加工方法在硬质合金车刀前刀面月牙洼易磨损区域加工微织构并填充固体润滑剂MoS2,制备了微织构自润滑刀具(MTR-1和MTR-2),并与传统硬质合金刀具MTO进行了干切削淬火45钢的对比试验.试验结果发现,与传统硬质合金刀具MTO相比,微织构自润滑刀具能够显著降低切削力、减小刀具前刀面磨损.同时,微织构自润滑刀具...     

高速雕铣硬质红木的微织构刀具的磨损行为研究

针对硬质红木的高速雕铣加工性差、刀具磨损严重及生产效率低的缺点,利用光纤激光对其硬质合金刀具表面设计不同形状和大小的微织构,通过高速雕铣机测试及生产线现场加工试验,并借助光学显微镜、扫描电镜和Kistler测力仪等,分析硬质红木在高速铣削过程中表面微织构铣刀前后刀面的磨损形态、铣削力与刀具磨损的关系。试验结果表明:前后刀面都有磨损且主要类型为磨粒磨损、粘结剂磨损和氧化磨损;铣削力与表面微织构的刀具磨损不是纯粹的正相关关系,刀具最大应力点不断变化,有利于降低磨损;在织构的形状方面,相对于网格织构,同样间隔大小和深度的圆形织构和平行织构的刀具减磨效果更好;圆形凹坑织构比圆形凸起织构的减磨效果好;直径为30μm,间距80μm×80μm的圆形凹坑的减磨效果较好。     

微织构自润滑刀具干切削0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的切削性能

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工出微织构,并在微织构中填充固体润滑剂制成微织构自润滑刀具;使用微织构自润滑刀具、微织构刀具以及传统硬质合金刀具分别对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢进行干切削试验,并对比了它们的切削性能。结果表明:与传统刀具相比,微织构自润滑刀具能有效提高切削性能(主切削力减小了8%~16%,切削温度降低了15%~24%),增加切屑的曲卷,改善刀具的粘着磨损现象。