CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

基于切削技术的金刚石刀具磨损特征分析

金刚石刀具的磨损情况决定其使用寿命。用金刚石PCD刀具切削6061-T6镁铝合金工件,通过不同切削速度、切削深度、振动频率、刀具后角时的切削力及切削温度变化,研究不同刀具前后角、进给量、切削转速时的工件表面粗糙度及刀具磨损面积。结果表明:金刚石刀具的切削力和切削温度随切削速度、切削深度的增加而增大,随振动频率的增加而减小;刀具后角增大,金刚石刀具的切削力呈先下降而后缓缓上升趋势,但对切削温度的影响很小。当刀具前角为10°,刀具后角为8°,切削速度为0.46?m/s,切削深度为28?μm,进给量为0.10?mm/r,切削转速为4100?r/min,振动频率为22?kHz,切削振幅为9?μm时,金刚石刀具的磨损面积最小,磨损程度最低,使用寿命最长,但工件的表面粗糙度稍高。      

机械加工刀具的成分设计与切削性能研究

对比分析了陶瓷刀具和聚晶立方氮化硼刀具在不同切削加工参数下的硬态切削表面性能,并分析了刀具表面的磨损形貌特征。结果表明,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具的表面粗糙度都随着切削速度和后刀面磨损程度的增加而降低;随着进给量的增加,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具的表面粗糙度逐渐上升;切削深度对刀具表面粗糙度的影响不大。CBN刀具的磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

超细硬质合金刀具YW2A车削06Cr19Ni10不锈钢的切削性能

采用真空烧结法制备超细YW2A和传统YW2硬质合金刀具,测试其微观结构与机械性能,以切削速度作为变量,车削06Cr19Ni10不锈钢。用测力仪YDC-Ⅲ89B及便携式粗糙度仪TR100分别测量切削力和零件表面粗糙度,光学显微镜、工具显微镜XGJ-1及扫描电镜S-3400N分别用于金相和刀具磨损检查。结果表明:与YW2相比,YW2A具有更高的硬度与抗弯强度,切削加工时的切削力及表面粗糙度值稍低,氧化磨损程度较小,但两种刀具都表现为剥落磨损为主。     

PCBN刀具干湿切削淬硬钢表面完整性研究

本文以采用PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15为试验，对干、湿切削两种润滑条件下，工件表面粗糙度及表面白层（一种在加工表面形成的晶相组织发生变化的结构）进行了对比研究。实验结果表明：干、湿切削都可获得较好的表面粗糙度，湿切削表面粗糙度Ra稍低；湿切削没有发现明显的白层产生，干切削白层生成较早，且白层与黑层的厚度随着刀具磨损的增加而逐渐增加。     

超声振动超精密车削Ti6Al4V的表面质量研究

为研究超声振动辅助超精密车削Ti6Al4V切削性能,使用Son-x公司的UTS one设备使单晶金刚石刀具在切削方向振动,使用350FG摩尔Nanotech 4轴机床进行加工,采用四因素三水平正交试验,试验因素为切削速度、切削深度、进给速度和刀具振幅,切削力、表面粗糙度为评价指标。采用Zygo的Nexview 8050三维光学表面轮廓仪测量表面粗糙度;采用Kistler 9256B三相测力仪测量主切削力、进给抗力、切深抗力;采用日立TM3000扫描电镜对切屑进行观察。结果表明：切削速度对表面粗糙度和切削力的影响最大,切削深度和刀具振幅影响次之,进给速度对表面粗糙度和切削力均无显著影响;提高刀具振幅从总体趋势上可以降低切削力和表面粗糙度;随着切削速度的提高,即使切削速度远低于传统公式中计算出来的临界切削速度,切屑也会从平整带状变为两侧呈规律性锯齿状的带状,进而成为散裂状并且中间出现裂纹的切屑,在刀具振幅下降的过程中,以上现象更为明显。     

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。     

TiN涂层刀具切削淬硬H13钢切削性能试验研究

为研究TiN涂层刀具切削淬硬H13钢的切削性能,进行了TiN涂层刀具车削加工淬硬H13钢试验。分析了切削用量与切削力、切削温度的关系及涂层刀具磨损机制。研究得出切削速度、切削深度、进给量都对主切削力Fz和切深抗力Fx影响较大,对切削进给抗力Fy影响相对较小;切削速度对切削温度的影响最大;对刀具磨损观察发现刀具的前刀面有明显的月牙洼磨损,刀尖部位出现了微崩刃现象,后刀面出现磨粒磨损。研究结果为生产加工中优化切削用量及提高刀具寿命提供了技术支持和试验依据。     

车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

为探索金刚石刀具(PCD)和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。     

TC4盘铣开槽加工表面形貌与表层组织研究

因为盘铣具有切削力大和切削效率高的优点, 其已广泛应用于加工领域,特别对于难加工材料钛合金来说。但是关于盘铣切削加工机理方面的研究却相对较少。在本文的研究中,首先设计盘铣开槽实验以测量盘铣切削钛合金时的切削力和切削温度。然后,以切削力和切削温度实验为基础,分析不同切削条件下的表面粗糙度、表面形貌、残余应力、显微组织和显微硬度。实验结果表明：铣削表面中心处的粗糙度值小于边缘处,粗糙度值随着主轴转速的增加而减小,随着切削深度和进给速度的增加而增大。在铣削表面中心处容易出现凹陷,在铣削表面边缘处容易出现裂纹。铣削表面和次表面均出现残余压应力,随着深度的增加,残余压应力逐渐减小为零。在切削力的作用下,晶粒沿进给方向发生明显的拉伸变形,α相从初始等轴态拉伸为长片状。随着切削温度的升高,塑性变形区的金相结构发生改变,当切削温度达到β相转变温度时,金相结构从初始等轴态转变为全片层组织。热力耦合作用使得已加工表面和次表面硬度值升高。     

PCD刀具切削加工氮化硅（Si3N4）基工程陶瓷的合理切削速度

本文从切削速度对切削力、已加工表面粗糙度、刀具耐用度、切削路程的影响的角度对采用聚晶金刚石刀具切削加工氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）基工程陶瓷合理切削速度的选择进行了讨论提出，当切削速度Ｖ＝３０￣４０ｍ／ｍｉｎ时，可获得良好的效益。     

粉末高温合金加工表面显微结构和力学性能变化研究

在切削加工粉末高温合金过程中,严重的塑性变形导致已加工表面出现显微组织结构和力学性能的变化。在已加工表面出现的白层体现出加工表面显微结构和力学性能的变化,对高温合金加工表面质量的影响至关重要。为了揭示粉末高温合金已加工表面显微组织结构和力学性能的变化,开展了切削速度对粉末高温合金FGH95已加工表面白层形成影响的研究。研究发现随着切削速度的提高,FGH95高温合金已加工表面出现的白层厚度增大。对加工表面进行显微观察发现在表面覆盖着一层致密的、无明显组织特征的白层结构。通过对加工前后材料的XRD测试分析得出FGH95粉末高温合金基体材料以Ni基固溶体的形式存在,而加工之后表面的显微组织结构则明显与基体材料不同。这说明在切削过程中粉末高温合金已加工表面发生了Ni基固溶体组织结构的变化。对FGH95高温合金已加工表面进行晶粒度测量发现,切削速度越高晶粒细化现象越明显。对高温合金切削表面白层进行力学性能测试表明,白层的显微硬度随着切削速度的提高而增大;存在于高温合金已加工表面白层中的残余应力为拉应力,且随着切削速度的提高拉应力增大。粉末高温合金已加工表面显微结构和力学性能变化研究可以揭示高温合金表面完整性的形成机理,为已加工表面质量的预测和控制提供理论依据。     

切削速度与进给量对UVC硬态切削加工的影响

阐述了超声振动切削(Ultrasonic Vibration Cutting,UVC)的加工机制,并通过理论计算研究了切削速度对加工过程的影响,同时对Incone1718硬态合金进行UVC加工和传统车削法加工(Conventional Turning Method,CT),研究了切削速度与进给量对刀具切削性能的影响.实验结果表明:在进行低速硬态切削时,UVC在切削表面质量和刀具寿命方面均优于CT;同时切削速度和进给量对切削力和刀具磨损都有显著影响,与理论研究结果相符.     

基于人工智能算法的最优加工表面粗糙度预测研究

以切削速度、进给量、切削深度、刀尖圆弧半径为设计变量,采用正交试验法进行了立方氮化硼(CBN)刀具干式车削冷作模具钢Cr12MoV的试验研究。利用神经网络的非线性拟合能力和遗传算法的全局寻优能力,建立了加工表面粗糙度预测模型并获得了使表面粗糙度达到最优的切削用量与刀尖圆弧半径组合。利用遗传算法获得的最优表面粗糙度值比田口方法和切削试验所获得的最佳表面粗糙度值分别降低了7.1%和17.2%。文中所采用的方法也为切削加工中刀具磨损、切削力和残余应力等问题的建模与参数优化提供理论参考。     

低温冷风对材料切削性能影响的试验与分析

对低温冷风条件下的切削机制进行理论方面的研究,分析了金属材料低温下的脆性现象。为了研究低温冷风对材料切削性能的影响,进行了低温冷风切削试验,分别从切削力、刀具磨损和工件表面质量等方面进行了检测与试验分析。与传统加工相比,低温冷风切削能够降低切削力、减少刀具磨损以及降低工件表面的粗糙度值。     

中断时效对7075铝合金切削表面质量及刀具磨损影响研究

目的 探究中断时效工艺对7075铝合金切削加工性能的影响,为中断时效工艺对材料切削加工性能的改善提供理论依据。方法 选取仅进行T6时效处理的试样作为对照组,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段对已加工表面质量、切削力及刀具磨损进行分析。结果 经不同时效处理后,7075铝合金的主要析出相为η(MgZn2)相,且相较于T6热处理工艺的7075铝合金,7075-T6I4铝合金表现出更高的衍射峰强度及更大的半高宽。在不同的时效处理条件下,表面粗糙度Ra均与切削速度呈负相关关系,而与切削深度、进给量呈正相关关系,仅T6时效处理时,表面粗糙度Ra随切削深度的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势,在不同切削速度下,与T6时效处理相比,T6I4中断时效处理的表面粗糙度Ra最大降低了5.8%,而在不同切削深度和进给量下最大降低了1.9%和17.1%,且工件表面主要存在切屑黏附、微裂纹以及微孔洞等缺陷;切削力在切削速度为500~750 m/min时呈增大趋势,随后又逐渐减小,然而与切削深度、进给量之间则呈正相关关系,仅经T6I4中断时效处理后的y向切削力在进给量为0.06~0.08 mm/z时逐渐减小,随后呈增大的变化趋势。增大切削速度以及减小进给量均可有效改善刀具磨损程度,且在切削过程中刀具磨损形式主要表现为崩刃和黏结磨损。结论 与T6时效处理相比,T6I4中断时效处理表现出更好的表面质量、更小的切削力及更轻的刀具磨损,较大的切削速度和较小的进给量、切削深度有助于提高7075铝合金的切削加工性。     

不同切削距离下硬质合金刀具加工GH4169的切削性能研究

为探索不同切削距离下硬质合金刀具加工GH4169时的磨损规律、切削力、表面粗糙度,对GH4169材料进行了切削试验。分析了硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响。研究结果表明,随着切削距离的增加,前刀面磨损区域逐渐扩大,前刀面磨损形式依次为涂层脱落、沟槽磨损、粘附磨损,后刀面磨损形式主要为涂层脱落及微崩刃。高温合金材料中较多的硬质颗粒,及其较强的粘性是导致前刀面磨损的主要原因。F_x、F_y、F_z的总体变化趋势为随着切削距离的增加先增大后减小,试件表面粗糙度随切削距离的增加先减小再增大后减小,在切削75m时,表面粗糙度最小。     

高硬度合金加工热力因素对刀具磨损影响研究进展

针对高硬度合金材料在切削加工中刀具磨损严重的问题,总结了切削力模型、切削温度模型和相关实验研究,阐述了切削力和切削温度与刀具磨损之间的具体联系。从热力耦合的角度出发,综述了刀具磨损机制的研究进展。对高硬度合金切削加工中刀具磨损研究的新方向进行了讨论。     

振动切削参数对纳米振动切削过程的影响

采用分子动力学的方法建立了金属钛的纳米振动切削模型,通过切削仿真研究了振动切削参数变化对整个振动切削过程的影响。研究发现:振动频率和振幅的增大会使接触率、切削力及切削温度的数值减小。切削速度增大会使接触率、切削力及切削温度升高,相比对切削力的改变,在切削速度小于100m/s的情况下对切削温度的影响效果更显著。刀具刃口半径的增大会使切削过程中已加工面的变质层厚度增加,表面粗糙度增大,切削力与切削温度的数值随刃口半径的增大而增加,当刃口半径跟切削厚度之比大于1时,背吃刀力及切削温度提升的速率更快。