基于最小表面磨损率的铁基高温合金车削加工研究

根据最小表面磨损率理论,使用涂层硬质合金刀具对铁基高温合金GH2132进行了干式车削试验。采用单因素法优选切削参数,建立了最小表面磨损率条件下切削力、切削温度及表面粗糙度与切削用量之间的关系,借助电子扫描显微镜(SEM)对试验中产生的加工现象和刀具磨损机理进行了阐述。试验结果表明:刀具在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,切削速度v=90 m/min条件下切削时,刀具磨损强度最低,消耗最少,切削路程最长,加工精度最高;刀具的磨损机理前期以涂层剥落为主,后期主要表现为疲劳引起的切削刃崩刃。     

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.     

TiAlN涂层硬质合金刀具大进给铣削高温合金的加工性能评价

大进给铣削是一种高效加工方法,在提高难加工材料的加工效率方面具有显著优势。采用可转位的Ti Al N涂层硬质合金刀具对GH4169进行了大进给铣削试验,研究了切削速度、每齿进给量以及刀具磨损对切削力的影响规律,并通过对后刀面磨损区域微观形貌和能谱分析,研究了刀具磨损机理。结果表明:每齿进给量对切削力的影响最显著,刀具磨损对轴向切削分力的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,轴向切削分力由854 N增大至1 863 N;切削速度对刀具寿命的影响最显著,切削速度增大至110 m/min时,刀具寿命仅有2 min;通过刀具后刀面磨损区域的能谱分析,在切削刃附近发现大量Ni、Fe、Cr等GH4169材料元素,刀具的主要磨损形式为黏结磨损和由热裂纹引起的材料剥落及崩刃。     

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。     

基于响应曲面法切削温度变化规律及粘焊影响

为了研究硬质合金刀具切削不锈钢材料时刀-屑粘焊的临界条件,并获得切削参数对切削温度及粘焊累积的影响规律,采用Design-Expert软件响应曲面法进行分析.通过三因素三水平试验建立了在硬质合金刀具切削1Cr18Ni9Ti不锈钢过程中切削温度的预测模型,并对相应的回归模型进行了分析,证明了预测模型以及对应因素的显著性.结果表明:该预测模型较为准确,具有较好的可靠性和实用性;刀-屑粘焊的温度区范围一般不超过800℃;刀具前刀面粘焊微观形貌呈现一定程度的颗粒扎堆状态;切削速度和进给量的交互作用对切削温度的影响最为显著.     

切屑折断分析及其直接断屑技术的研究

金属切削过程中,材料的去除是以切屑的形式完成的.切屑的形状受切削条件,如:切削速度、切削深度、进给量、工件材料以及刀具结构等因素的影响,而切屑形状又是影响工件加工效率的重要因素之一.首先将金属切削过程中产生的切屑分为理想型切屑和非理想型切屑;通过河流冲刷理论,假设切屑流摩擦刀片前刀面形成月牙洼的设想,提出理想断屑槽设计方法;通过切削实验,绘制断屑槽断屑特性曲线,从而揭示切削条件对切屑折断的作用规律,并进一步分析断屑槽的各种断屑机理.研究数据可为硬质合金可转位刀片的设计提供借鉴.     

基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化

利用有限元分析软件ABAQUS研究微织构PCBN刀具车削Cr12MoV的过程,采用田口法进行正交试验设计,通过信噪比分析方法研究刀?屑实际接触面积、切削力和切削温度随织构参数的变化规律,并获得织构参数的最优组合。结果表明,刀?屑实际接触面积分别随织构槽宽和织构刃边距的增大而减小,织构槽宽和织构刃边距对刀具的切削性能影响最显著;与无织构刀具对比,选取最优织构参数组合的微织构PCBN刀具可使切削力降低5.2%,切削温度降低4.7%。     

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。     

AlCrSiN涂层刀具干车削Ti-6Al-4V钛合金的切削性能研究

使用未涂层的和AlCrSiN涂层的硬质合金车刀片以3种切削速度干式车削Ti-6Al-4V钛合金。研究发现AlCrSiN涂层刀片的切削寿命在各切削速度下都超过无涂层刀片, 而切削力、切削温度和工件表面粗糙度3项指标均低于无涂层刀具, 说明AlCrSiN涂层能够有效地保护基体从而维持刀具的锋利度。2种刀具在切削过程中均出现切削力先上升后下降的现象, 这与二者高温下产生的润滑氧化物有关。切削温度和工件粗糙度都与后刀面磨损量有正相关关系, 即随着后刀面磨损量的增加, 温度和粗糙度都随之增加, 但温度的增加还与前刀面第一变形区塑性变形增大, 热量增加有关。另外, 2种刀具产生的切屑尺寸、颜色、锯齿频率也证明了AlCrSiN涂层刀具磨损较慢,切削温度较低。     

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.     

Al_2O_3-TiN陶瓷刀具切削加工调质Cr12钢的试验研究

Cr12钢耐磨性高、淬透性好、热稳定性好、抗弯强度高,淬火后变形小,是冷作模具的重要材料。采用自制的Al_2O_3-TiN陶瓷刀具,在不同的切削参数下对调质后的Cr12钢进行干切削加工。研究发现,切削速度为166m/min,切削深度为0.4 mm,进给量为0.102 mm/r时刀具寿命最长,切削行程为2 260 m。     

可转位刀片断屑槽断屑性能及其槽构技术研究

可转位刀片断屑槽具有促进切屑卷曲、折断和保护刀具的作用.在切削过程中,断屑槽通过对切削力、切削温度和切屑形态的影响,进而间接影响刀片的使用寿命.通过对具有多种断屑槽槽型的同一种刀片进行切削实验,应用高速摄影机分析切削区域切屑产生、流出、卷曲和折断过程.通过磨损测量仪观测断屑槽,并结合切屑形态分析,明确断屑槽合理几何参数;通过三维受力分析仪采集切削过程中的振动和切削力,揭示断屑槽对切削力的影响规律;综合切削参数、断屑槽几何结构和切削力三方面的因素,最终确立断屑槽槽型与进给量对切屑折断的作用机制.研究数据以期为断屑槽设计与应用提供数据支撑.     

P20钢与718钢切削加工共性研究

从切削力、刀具磨损、表面粗糙度3方面进行实验研究,找出P20钢与718钢的切削共性,从而得到预硬型塑料模具钢的加工特性。结果表明,对主切削力影响较大的是切削深度和进给量;当切削速度超过80—90m／min时,表面粗糙度明显降低;与45钢相比,这类模具钢的刀具耐用度较差,且刀具主要磨损形态是磨料磨损。     

硬态干式切削过程的有限元仿真

为研究硬态干式切削过程中切削条件对切削温度的影响规律,以通用有限元软件MARC为平台,运用局部网格加密技术,建立了PCBN刀具车削GCr15材料的二维热力耦合有限元模型．模拟结果表明,切削温度随切削速度、切削厚度增大而增大,当切削速度大于220m／min时,由于金属的软化效应,温度升高的趋势随速度的增加而变缓;切削厚度对温度的影响没有切削速度影响大;用圆弧倒棱代替负倒棱切削有利于降低刀具的最高温度．     

高速切削中切削速度对断屑性能影响规律数学模型

讨论了高速切削时切削速度与车刀片断屑性能之间变化规律的数学模型.采用具有代表性的三维复杂槽型车刀片进行11种常速、高速切削试验.在分析试验数据基础上,通过二次、三次多项式拟合和三次样条函数插值方法建立切削速度与极限进给量、断屑范围之间的变化规律数学模型.最后,优选出误差小、计算简单的数学模型.     

模具钢Cr12MoV精密硬态切削过程刀具磨损

模具钢Cr12Mo V硬态切削过程中,工件材料的高硬度导致了刀具在切削过程中受到剧烈的热力耦合作用,刀具的磨损机制也明显不同于常规的切削过程.本研究以PCBN刀具精密硬态切削模具钢Cr12Mo V过程为对象,分析了刀具前刀面和后刀面的磨损规律,通过元素变化分析得到刀具不同位置的磨损机制;通过揭示不同切削速度和进给量下的刀具磨损规律为合理选择切削参数提供理论依据;研究揭示了切削合力和切削三分力受刀具磨损量的影响机制;通过建立磨损刀具的几何模型,采用有限元仿真软件Deform对不同刀具磨损量下的切削过程进行了仿真分析,得到了刀具磨损对切削温度场的影响机制.     

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。     

三维复杂槽型车刀片切屑折断界限的研究

在金属切削过程中,采用三维复杂断屑槽断屑是实现切屑控制的有效手段之一.在切削试验的基础上提出了三维复杂断屑槽型的切屑折断界限曲线;分析了非直槽型、凸曲面槽型对切屑的约束作用,建立了切屑折断界限的数学模型;为验证切屑折断界限数学模型进行了钢外圆车削的断屑试验.试验结果证明切屑折断界限数学模型是合理的.     

基于正交实验的40Cr车削性能的研究

采用硬质合金车刀,利用正交实验法进行40Cr车削力的实验,得到切削速度、进给量、背吃刀量与车削力的关系,并且得出了切削力的经验公式。在实验过程中得知被吃刀量对切削力的影响是最大的,其次是进给量,切削速度影响较小。切削力因背吃刀量增大而增大;因进给量的增大而增大;切削速度大于50m/min时,切削力随着切削速度的增大而减小。     

切削速度对车削TC4钛合金硬质合金刀具磨损的影响

为研究车削钛合金时切削速度对刀具磨损的影响,选用GC1005涂层硬质合金刀具在65m/min、95m/min和139m/min三种切削速度下进行干式车削对比试验,观测刀具的磨损形貌,分析不同速度下刀具的磨损特点。结果表明:当切削速度为65m/min和95m/min时,刀具的磨损形式主要为粘结磨损,当切削速度为139m/min时,刀具的磨损形式主要为磨粒磨损;切削速度大于95m/min时刀具磨损迅速,无法进行稳定的干式车削。