不锈钢可加工性分析及其高效切削刀具技术研究

由于不锈钢中含有Cr、Ni、Ti和Mn等铁族元素,与硬质合金刀片中的Co元素属于同族元素,切削过程中容易产生刀-屑黏结和元素扩散等问题,是典型的难加工材料。以碳素钢45#为参考标准,从切削变形、载荷和加工硬化等方面分析不同种类不锈钢的切削加工性;进行刀具材质、结构和切削参数与不锈钢的切削匹配性研究,并进行参数优选;最后对不锈钢切削刀具的性能进行分析,提出不锈钢车削专用刀具设计方法,实现了高效切削和优异刀具使用寿命双重目标,研究数据以期为难加工材料的高效车削提供参考。     

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。     

加工复合地板耐磨层时PCD刀具切削参数的研究

切削参数是影响PCD刀具切削性能的主要因素。本文采用Element Six公司的SYNDITE CTH025型聚晶金刚石(PCD)复合片制成强化复合地板用切削刀具，进行了一系列加工强化复合地板耐磨层的切削实验。通过实验研究了切削参数对刀具切削力的影响，得出了切削力随切削参数的变化规律，指出随着切削深度的增加，PCD刀具切削力增加；进给速度的增加使切削力增加；切削速度的增加将会使切削力降低。同时，分析了切削参数对刀具磨损、工件加工质量以及加工效率的影响。最后，本文总结了采用PCD刀具加工强化复合地板时加工参数的选择原则，认为当n=6000r／min、f=10000mm／min能够实现较高的加工效率，并保证工件的加工质量。     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

基于ABAQUS有限元仿真的硬质合金刀具磨损机制研究

钛合金在切削过程中会产生严重的加工硬化现象,导致切削性下降、刀具磨损加剧,直接影响工件的加工质量。为研究钛合金切削性能和刀具磨损机制,利用ABAQUS软件建立了钛合金的有限元模型,对其切削过程进行仿真分析,研究硬质合金刀具磨损机制;设计Ti6Al4V钛合金车削实验,研究不同加工参数对刀具磨损程度的影响规律。研究结果表明:在切削钛合金时,刀具的磨损主要发生在刀尖和后刀面位置,刀具的磨损长度随车削速度的增加而变大,随车削深度的增加而减小,随进给量的增加呈现出先减小后变大的情况,实验和仿真结果趋于一致,平均误差在6%以内。     

基于静电冷却系统的干式镗削加工分析

静电冷却干式切削技术具有资源易取、成本低廉、低能环保等优势,在某些切削领域正逐渐代替切削液的使用。以镗削加工为例,设计搭建出静电冷却干式切削加工实验平台。经过一系列的加工对比实验及DEFORM有限元工艺分析,得到镗削加工过程中切削力、切削温度、刀具磨损等相关数据。结果表明:在镗削过程中与纯干式切削相比采用静电冷却技术可显著降低切削力及切削温度,提高刀具使用寿命,并且基本达到了湿式镗削加工的标准;在镗削加工中采用静电冷却干式切削的新型工艺可以替代切削液的使用而投入到实际加工生产中。     

基于二维超声振动辅助的钛合金切削加工分析与试验研究

针对普通切削时钛合金表面质量较差的问题,将二维超声辅助切削用于钛合金的加工过程。对钛合金的超声振动切削理论进行分析,找出影响刀具运动轨迹及切削力的因素;设计基于二维超声振动的钛合金表面切削试验,研究超声振动对切削力、工件表面形貌以及刀具寿命的影响。结果表明:与普通切削相比,二维超声振动辅助切削可以有效降低加工中的切削力,减轻加工过程对刀具的冲击,提高刀具的耐用度;且在相同加工条件下,二维超声振动加工时的切削力下降了47.7%,工件表面轮廓平均高度减小了40.9%,刀具的使用寿命提高了近1倍。      

YT5硬质合金耐磨损实验中的热电热研究

切削工具的使用寿命直接影响加工质量和生产效率，硬质合金切削刀具的热电性能直接影响其使用寿命。本文通过切削实验研究了ＹＴ５硬质合金刀片耐磨性与热电热的关系，并建立了相应的实验相关性公式，找出了ＹＴ５硬质合金刀片的热电热对耐磨性的影响规律。     

切削铝合金汽车零件的“软”涂层刀具的试验与研究

MoS2固体润滑材料具有低摩擦因数特性,将它喷涂于硬质合金刀头表面,获得"软"涂层刀具,用这种刀具切削铝合金过程中能减少切屑粘刀,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。通过对带涂层刀具与不带涂层的普通刀具在加工铝合金汽车零件的过程中,对刃口磨损形态、工件加工质量、刀具使用寿命等试验数据分析,以验证MoS2"软"涂层刀具开发的可行性。     

基于DEFORM的刀具几何参数与切削力关系的研究

切削力是切削过程中重要的参数之一,它对工件的加工精度、加工所消耗的功率及刀具的磨损程度等方面都有着重要的影响。影响切削力的因素是多方面的,如工件材料的性能、刀具的几何参数、切削用量的影响、切削液的使用情况等等[1]。文章以镍基合金为切削载体、以DEFORM为仿真平台,建立切削仿真模型,研究了刀具角度对切削力的影响,仿真结果与实际切削过程一致,验证了仿真的有效性,从而为研究者提供了一种实验成本低、实验时间短的方法来确定切削刀具工作角度。     

Mechanisms involved in the improvement of Inconel 718 machinability by laser assisted machining (LAM)

The aim of the present research work has been to gain a broader understanding of how or why laser assisted machining (LAM) improves machinability of Inconel 718, a hard-to-machine material of interest in the aeronautic industry. This has been accomplished by, first, running short run tests to determine the laser parameters and configuration for which highest force reductions are obtained and also to determine the effect of cutting parameters (feed, cutting speed and depth of cut) on force reduction. Secondly, long run tests have been performed in order to analyze process variables such as cutting forces, tool wear and surface roughness. Temperatures and hardness have been also measured in order to gain a broader perspective of the process.Experimental results have demonstrated that LAM improves machinability of Inconel 718 since machining forces and final surface roughness are reduced. The novelty reached with the present research work is the identification of three mechanisms associated to the laser heating as the responsible of this machinability improvement: material yield strength reduction, material base hardness reduction (only in precipitation hardened Inconel 718) and elimination of the work hardening generated in previous machining passes. The reduction of the work hardening leads also to a lower notch wear that limits the risk of sudden failure of the cutting tool and thus the wear mode is changed to flank wear, which leads to a controllable tool life and better surface roughness.     

Evaluation of machinability in turning of microalloyed and quenched-tempered steels: Tool wear,statistical analysis,chip morphology

The machinability of microalloyed steel (30MnVS6) and quenched-tempered (QT) steels (AISI 1045 and AISI 5140), at different cutting condition, is presented in the paper. An experimental investigation was conducted to determine the effects of cutting speed, feed rate, hardness, and workpiece material on the flank wear land and tool life of coated cemented carbide inserts in the hard turning process. It was tried that for any test condition the hardness of these steels became almost identical by using appropriate heat-treatment processes. The statistical analysis was used for evaluation of different factors on cutting forces. Chips characteristics and chip/tool contact length were also investigated. The different sections (shear plane, microcrack, thickness and edge) of the chip were examined by scanning electron microscope (SEM). Shear planes and microcracks of the chips in microalloyed steel show that the chips of microalloyed steel are regular and discontinuous. Crater wear of the tools was studied by using video microscope in turning process. The results showed that the tool life and machinability of the microalloyed steel is better than the QT steels at identical cutting condition.     

金属表面梯度纳米结构的切削制备技术

在工件表面覆盖一层梯度纳米结构提高其硬度、抗疲劳强度、抗腐蚀强度等服役性能,已成为一种重要的表面强化技术。塑性变形是表面梯度纳米结构形成的一种有效途径,而切削加工作为一种典型的塑性变形过程(应变可达13,应变率可达106s-1)满足了这一要求。对国内外相关研究成果进行梳理,从切削加工制备梯度纳米结构的理论基础入手,通过阐明塑性变形-应变、应变率-位错等之间的关系,描述切削过程中切削表面与切屑的微观组织演变,并结合有限元仿真分析和切削加工实验对切削加工过程中制备梯度纳米结构的可行性进行分析。具体阐述了切削制备技术的特点与优势,如缩短工件生产周期,降低生产成本,提高加工效率,拓展加工范围等;提出切削制备梯度纳米结构所面临的一些基础性难题,例如,晶粒细化机理和微观组织演变过程存在争议,切削过程中切削热引起再结晶问题,形成的梯度纳米结构难以达到服役要求等。最后,对切削制备技术发展过程中所要突破的关键技术及未来应用前景进行了展望。     

基于Multi-Island GA数控加工切削用量优化

切削用量的选择对刀具耐用度、产品的加工效率以及加工质量等都有直接影响。为选取合理的切削用量,以最大生产效率为目标,建立铣削加工优化模型。结合实际加工中不同约束限制,采用改进遗传算法(Multi-Island GA)对目标函数寻优求解。将优化后的结果与切削用量手册经验值相对比,切削用量的选取得到了有效改善,并提高了铣削加工的生产效率,且优化结果验证了算法的可行性。     

数控机床切削用量优化的研究

运用最优化理论，把在数控机床一次装夹所进行的同一种加工方法定义成一个广义工序。提出了可适用于数控机床加工切削用量优化方法，系统建立了相应的切削优化模型，并给出了刀具耐用度的经验公式。     

SKD11铣削刀具寿命试验研究及工艺参数优化

为提高SKD11模具钢铣削刀具的寿命,对SKD11模具钢进行了刀具寿命铣削试验,基于极差方法分析了各工艺参数对刀具寿命的影响规律。基于刀具寿命铣削试验,利用多元线性回归方法,推导并求解出了SKD11模具钢铣削刀具磨损的数学模型。利用最优化设计方法和MATLAB优化工具箱,以加工效率和刀具磨损为目标函数,针对实际的铣削问题优选了工艺参数。优化的工艺参数能兼顾刀具寿命和加工效率,为加工企业降低综合生产成本提供了重要的理论依据和案例参考。     

PCBN微型铣刀的制备及应用

聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具具有高硬度、高耐磨性、较好的导热性、较低的摩擦系数,同时又具有优良的化学稳定性、热稳定性及加工红硬性,可以以铣磨方式高效加工高硬度、高强度、耐腐蚀性钢材并获得高表面加工质量。在分析PCBN微型铣刀的设计特点与加工难点基础上,成功制备了颈部缩颈3 mm,直径0.2 、0.4 、0.6 以及1.0 mm的PCBN微型球头双螺旋刃铣刀,并使用直径0.4 mm的微型铣刀进行铣削实验。结果表明:制备的PCBN微型铣刀可以高质量、高效率地加工硬度50 HRC的模具钢模具,模具的表面粗糙度R_a值可达0.101 μm,且无阴阳面,满足其表面最终加工要求。      

Analysis of an equivalent tool face for the cutting speed range prediction of complex grooved tools

Manufacturers need to obtain optimal operating parameters with a minimum set of experiments as well as minimizing the simulations in order to reduce machining set up costs. The cutting speed, V_c, is one of the most important cutting parameter to evaluate; it clearly most influences, on one hand, tool life, tool stability, and cutting process quality, and on the other hand controls production flow. In addition, in today's applications, complex groove geometries have made more difficult the assessment of cutting models for the prediction of tool-material–work-material combination behaviour. In this paper, an original approach based on the experimental estimation of the friction coefficient and enabling to simplify the complex groove geometry in a flat rake face is presented. A model for cutting force prediction is also proposed. Four different complex grooved inserts and three different cutting tool material grades for each insert are studied for the modelling approach. Orthogonal cutting simulations using the Thirdwave Systems’ AdvantEdge code package are compared with experimental measurement. Results show good agreement and that this approach may reduce both number of experiments and simulation times to determine the cutting speed range. Finally, the paper ends with discussions and concluding remarks.     

亚微观倒棱切削刃对硬质合金刀片切削性能的影响特性研究

为了研究硬质合金刀片亚微观切削刃口形式对其切削性能的作用机制,针对断续切削过程中硬质合金刀具存在容易崩刃破损和脆性断裂等问题,选用两种不同牌号的硬质合金可转位刀片分别在多种亚微观刃口结构条件下进行断续切削实验,应用三维受力分析仪结合高速摄影机对切削过程中的冲击和切削力进行数据监测与收集,结合图形统计分析方法研究亚微观倒棱刃口对硬质合金刀片的强化作用机理,从而揭示不同切削刃口几何参数对硬质合金刀具使用寿命的影响规律,提出倒棱刃口参数与进给量的曲线化关系。研究结果表明:大进给量f条件下应选取较大的临界夹角β_C,同时,倒棱夹角β要大,倒棱宽度L要小;反之,在小进给量f条件下,临界夹角β_C和倒棱夹角β要小,倒棱宽度L要大。研究可为硬质合金可转位刀片的强化设计提供数据和技术支撑。