高效切削钛合金时刀具磨损试验分析

针对航空发动机典型零件钛合金膜盘在加工过程中刀具磨损严重、加工效率低的问题,采用未涂层硬质合金刀具进行钛合金外圆车削加工试验研究,利用CCD观测系统和SEM的能谱分析（EDX）研究刀具刃口微观结构变化,分析刀具的磨损形态及不同切削条件和锯齿屑对刀具磨损的影响. 结果表明：钛合金外圆车削加工时,刀具磨损主要为粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损,切削速度对刀具磨损影响较大,进给量次之,背吃刀量最小. 随着切削速度和进给量的增加,磨损加剧,锯齿屑的高频形成导致切削力的高频变化,这种高频率的冲击载荷在前刀面上产生应力和温度冲击,使刀具形成微裂纹,加速刀具磨损;使用冷却液可以减轻刀具后刀面粘结磨损和扩散磨损,从而可有效地控制刀具磨损.     

钛合金TC4的切削温度场分析及刀具磨损研究

在硬质合金刀具切削加工钛合金过程中,刀具磨损是限制刀具寿命的主要因素之一,而切削温度与刀具磨损、加工精度和工件加工表面的完整性密切相关。因此,研究切削过程中的切削温度变化规律及刀具磨损规律有助于提高生产率,降低生产成本。借助Deform-3D有限元软件,对硬质合金刀具切削钛合金过程中的切削温度场及刀具磨损进行了仿真分析,得出了切削速度、进给量、切削深度和刀具前角的动态变化对切削温度的影响规律以及刀具磨损量随切削温度的变化规律,此规律对切削参数的选择和刀具寿命及磨损的研究具有重要的指导作用。     

高速切削典型难加工材料刀具摩擦与磨损机理研究现状

钛合金、镍基高温合金的低导热性、高化学活性引起高速切削过程中刀-屑接触区域温度高、工件材料与刀具亲和力强,刀具磨损严重,加工效率低,属于典型的难加工材料.针对这类典型难加工材料中刀具摩擦与磨损严重的问题,在论述高速切削刀-屑接触区摩擦特性研究现状的基础上,分析了刀具磨损机理、刀具切削性能、以及冷却润滑对刀具摩擦磨损行为...     

PCBN刀具加工TC4钛合金的切削加工性

摘要：针对聚晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride, PCBN）刀具材料和钛合金Ti-6Al-4V（TC4）工件材料的特点,采用单因素试验法对切削力和已加工表面粗糙度进行研究;通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察和能量分散光谱（energy dispersive analysis system,EDS）扫描分析,对PCBN高速切削钛合金TC4时的刀具损坏形态和损坏机理进行研究;采用对角正交回归试验法,求得PCBN刀具切削钛合金时的刀具寿命经验公式,并分析切削用量对刀具寿命的影响. 研究表明：PCBN高速切削钛合金时,粘结磨损、扩散磨损和脆性磨损是其主要损坏机理,在高切削速度、低进给量、低切削深度下PCBN刀具加工钛合金时的切削加工性最好,因此PCBN适用于钛合金的精加工.     

微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.     

基于热力学的PCBN加工模具钢扩散与氧化磨损

从热力学的角度研究了PCBN刀具扩散磨损和氧化磨损规律,利用热力学模型计算不同温度下PCBN刀具加工钢铁、镍基合金、铝合金和钛合金时刀具材料扩散溶入工件材料中的浓度值.用物质吉布斯自由能函数法,计算出不同温度下13个可能的化学反应的标准吉布斯自由能,理论计算表明产物中三氧化二硼和二氧化钛含量较多,实验结果与结论吻合较好,研究结果为刀具材料的研究和设计提供参考,并可实现对刀具磨损状态的预报.     

刀具磨损时振动信号的分析

本文运用频域和时域分析方法对切削加工中刀具磨损时振动信号进行了试验分析。结果表明,刀具磨损量与功率谱重心、功率谱主峰、时间序列模型 ARC(2)的残差平方和具有相应的规律。本试验分析方法是研究刀具磨损在线监测的一个重要途径。     

航空发动机典型零件加工技术与刀具应用分析

随着国家科技的进步,航空制造业已成为衡量国家发达水平的重要因素之一.航空发动机是飞行器的核心部件,因此发动机典型零部件的加工技术与刀具应用对航空业的发展起着重要的作用.由于航空零件多为难加工材料,不但对加工技术有高的要求,对加工用的刀具要求更高.本文针对航空发动机典型零件材料及特性、加工技术的现状与刀具应用进行了分析;对航空典型零件加工用刀具材料及特性探讨,并结合刀具磨损对加工精确度的影响,对多轴高速加工刀具的磨损进行仿真分析,同时针对多轴高速铣削特点对航空航天钛合金零件的专用刀具进行设计,为今后我国航空发动机典型零件的高效、高精确度加工打下一定的基础.     

高温钛合金BTi6431S超声振动车削实验研究

钛合金是一种典型的难切削材料,加工过程中摩擦力大、温度高、刀具磨损严重,导致其切削成本较高。超声振动切削可以减少切削力、提高加工质量。将椭圆超声振动切削技术用于近α型高温钛合金BTi6431S的车削过程中,对切屑形貌、切削力和刀具磨损进行了实验研究。结果表明:椭圆超声振动的切屑长度变短,缠绕程度变大,微观形貌显示在较低的切削速度下其锯齿化程度低于传统切削。椭圆超声振动的切削力明显小于传统切削,随着切削速度的增加,其切削力逐渐接近传统切削时的切削力。椭圆超声振动在切削速度较低时可以有效提高刀具寿命,随着切削速度的增加,刀具磨损加剧。     

钛合金高速铣削力的试验研究

主要研究了钛合金TC4的高速铣削。着重讨论了钛合金TC4高速铣削过程铣削力的问题,研究了切削参数、刀具磨损及刀具材料等对铣削力的影响。     

Theoretical modeling of cutting temperature in high-speed end milling process for die／mold machining

A parametric model of cutting temperature generated in end milling process is developed according to the thermal mechanism of end milling as an intermittent operation, which periodically repeats the cycle of heating under cutting and cooling under noncutting. It shows that cutting speed and the tool-workpiece engagement condition are determinative for tool temperature in the operation. The suggested model was investigated by tests of A1TiN coated endmill machining hardened die steel JIS SKD61, where cutting temperature on the flank face of tool was measured with an optical fiber type radiation thermometer. Experimental results show that the tendency of cutting temperature to increase with cutting speed and engagement angle is intensified with the progressing tool wear.     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

涂层硬质合金刀具铣削粉末冶金高温合金的切削性能研究

针对粉末冶金高温合金材料的铣削特性,选择了合理的铣刀盘和刀片材质.通过刀具磨损与寿命对比试验优选出了最佳的刀片几何参数,并给出了铣削过程中硬质合金铣刀片的典型磨、破损形态.研究结果表明:TiAlN-TiN涂层硬质合金刀片适于精铣粉末冶金高温合金,在30～70 m/min的铣削速度范围内,刀具寿命可达20～108 min.由于材料切削温度高和机械冲击严重,涂层刀具的主要失效形式为:崩刃和前刀面的剥落,其主要机理为高温条件下磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和疲劳损坏的综合作用.     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

硬质合金刀片切削性能的实验研究

对硬质合金刀片的切削性能进行了实验研究,分别对常规磨削和经精磨后的数控刀片在切削加工中的磨损情况进行了对比。实验证明,在同样切削参数条件下,利用精磨后的数控刀片进行切削加工,不仅提高了加工精度,而且降低了刀片的磨损速度,延长了刀片的使用寿命,从而节省了刀片的购置费用。     

刀具磨损与动态切削温度关系的探讨

通过试验发现,在车削过程中,动态切削温度随着刀具磨损的增大而上升。当刀具磨损较小时,动态切削温度随刀具磨损上升缓慢,当刀具磨损较大时,动态切削温度随刀具磨损上升速度加快。本文还在理论上对此进行分析。从而证明了动态切削温度可以用于刀具磨损在线监测。     

铸铁材料高速铣削机理的研究

本文分析了铸铁脆性材料的切削变形过程；试验研究了刀具材料、工件材料、切削用量、刀具几何参数等因素对刀具磨损的影响；最后总结出了高速铣削铸铁材料的几点结论。     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

高速铣削智能监测系统研究

针对目前加工状态监测系统存在的依赖系统事先的"教学"或"训练"过程的问题,在对刀具磨损规律分析的基础上,提出一种针对高速加工的智能化实时刀具状态监测系统.引入自学习能力使该系统初步具备了智能性,自动进行不同刀具状态的识别和磨损程度的估计,较大程度上摆脱了对系统"教学"或"训练"过程的依赖.运用离散小波分解技术对铣削过程中的三向切削力信号进行时域以及各子频段的能量和变动特征的提取,并利用分析技术进行特征筛选.基于两个嵌套的循环运行过程构建了监测系统,进行特征量的线性拟合和马氏距离计算.高速铣削试验证明了所提出的智能刀具状态监测系统的有效性.     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。