新型Ta-C涂层铣刀切削性能研究

目的研究Ta-C涂层刀具与普通类金刚石涂层刀具切削2A50铝合金时的性能对比。方法通过实验比较两刃、四刃Ta-C涂层铣刀和两刃、四刃普通类金刚石涂层铣刀,在干式切削条件下切削2A50铝合金的性能。通过相同切削条件下刀具切削距离的长短,比较刀具的使用寿命,并在显微镜下观察切屑的表面形貌,用表面粗糙度仪检测铝合金表面的粗糙度。结果两刃Ta-C涂层铣刀干式切削铝合金时的使用寿命最长,切削距离为116 m。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀加工工件的表面粗糙度总体呈上升趋势,两刃Ta-C涂层铣刀加工出来的工件表面质量较好,工件表面粗糙度均值为0.692μm。结论相同刀刃数量且结合力良好的涂层铣刀相比较,Ta-C涂层铣刀较普通类金刚石涂层铣刀加工出来的工件表面粗糙度平均值低,同种涂层加工得到的切屑表面微观形貌无明显差别。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀切削铝合金时,抑制粘刀效果都十分明显,但Ta-C涂层铣刀效果更优。     

微米、纳米及微/纳米复合金刚石涂层的切削性能研究

利用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法在硬质合金上制备纳米、微米以及微/纳米复合金刚石涂层,并进行了切削对比试验。通过测试已加工材料的表面粗糙度和金刚石涂层刀具前、后刀面磨损,对比分析了不同金刚石涂层的切削性能,同时总结了CVD金刚石涂层刀具的失效形式及机理。结果表明:纳米金刚石涂层刀具切削加工后的表面粗糙度值最小,Ra=0.942μm;微米金刚石涂层刀具切削加工表面粗糙度值最大,Ra=1.631μm;纳米涂层刀具的后刀面磨损最大,约为微米涂层的2倍,复合涂层的5倍;微/纳米复合金刚石涂层刀具膜/基结合力高,前、后刀面的金刚石涂层没有出现脱落,且刀具的磨损量较少;金刚石涂层刀具的主要失效形式是涂层的过早脱落,其失效主要是由金刚石涂层的残余应力大、涂层化学纯度低、内部产生微裂纹多,以及切削时表面粗糙度高、切削力大和刀具积屑瘤普遍等原因引起的。     

CVD金刚石厚膜工具制作工艺和切削实验研究探讨

采用特殊的活性焊料对CVD膜与硬质合金基体进行真空焊接，获得了大于500MPa的剪切强度，此强度已经接近金刚石膜的剪切强度。针对不同工艺的CVD刀具与PCD刀具对切削力和被加工材料表面粗糙度进行了切削试验对比，在铜材和硅铝合金的切割实验中CVD刀具达到的表面粗糙度达到表面粗糙度1．3μm和0.9μm，远高于使用PCD刀具获得的表面粗糙度2．9μm和1．4μm；结果表明CVD刀具较PCD刀具有明显的优势。     

CVD金刚石涂层工艺对硬质合金立铣刀铣削CFRP性能的影响

传统硬质合金刀具铣削碳纤维复合材料（CFRP）时磨损严重,需在其上沉积金刚石薄膜涂层。在相同的硬质合金立铣刀基体上,改变沉积工艺,获得3种分别覆有粗晶、细晶和复合晶等不同CVD金刚石薄膜的刀具。用扫描电镜观察分析3种涂层的表面形貌。在相同条件下,用3种刀具切削CFRP并分析其刀具磨损机理。结果表明:复合晶工艺的金刚石涂层硬质合金立铣刀耐磨性最好、使用寿命最长,约为粗晶金刚石涂层铣刀的1.35倍、细晶金刚石涂层铣刀的1.59倍,更适合于CFRP材料的铣削加工。      

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。      

CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

本文采用不同涂层工艺的ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金,观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件表面粗糙度,分析ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削主崖裂口合金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的提供了理论依据。     

PCD和CVD金刚石刀具切削性能对比及失效机理初探

通过切削实验,观察切削前后刀具的表面和刃口形貌、金刚石刀片组成成分、以及被加工工件表面粗糙度,比较两种刀具的切削性能,探讨其失效机理。结果表明:在同等条件下,CVD金刚石刀具的切削性能要明显优于PCD刀具。在车削过程中,PCD刀具的失效机理主要是结合剂与被加工材料中化学成分发生化学反应使结合剂流失,导致刀具结构疏松,从而导致磨粒团脱落。CVD刀具的失效机理为产生变质层磨损。切削过程中随着加工时间的进一步延长,切削区温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成变质层,从而带来切削过程中刀具的磨损;同时高温状态下CVD金刚石的晶界疲劳破坏,也可能会造成CVD金刚石刀具的磨损失效。     

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。     

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。     

不同刀具车削GH4169时的切削性能对比

为了选择合适的材料刀具,提高GH4169加工时的刀具寿命。分别使用PCD(聚晶金刚石)、CBN(立方氮化硼)、涂层硬质合金刀具车削GH4169,并从刀具磨损机理、切屑形态、表面加工质量三个方面进行了刀具切削性能研究。试验结果表明:CBN刀具磨损最严重,其磨损形式主要表现为前、后刀面的沟槽磨损,主切削刃的脆性断裂。PCD刀具磨损形式主要表现为微崩刃,涂层硬质合金刀具磨损形式主要表现为涂层脱落。三种刀具加工的切屑形态均为螺旋形,切屑外径大小为:PCD涂层硬质合金CBN。涂层硬质合金加工的表面粗糙度最小,PCD与CBN加工的表面粗糙度较大。因此涂层硬质合金的切削性能最好,PCD刀具次之,CBN刀具最差。     

基于正交试验的PCD刀具加工铝合金时切削性能的研究

通过PCD刀具切削铝合金的正交试验，分析刃磨刀具用砂轮的结合剂和切削用量对切削力与工件表面质量的影响。结果表明：进给量与砂轮结合剂对切削力和工件表面粗糙度影响较大，而切削速度与切削深度的影响相对较小，优方案为陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨的PCD刀具在切削用量v=88．45m／min，切削深度αp=0．1mm，进给量f=0．032mm／r时，工件表面粗糙度最小，同时切削力也较小。     

PCD刀具高速铣削TC4钛合金的工艺参数优化

用PCD铣刀平面精铣TC4(Ti-6Al-4V)钛合金,再用三坐标测量机、表面粗糙度仪、显微维氏硬度计和便携式X射线残余应力分析仪测量钛合金加工后的平面度、平行度、表面粗糙度、表面硬度及表面残余应力,分析不同铣削工艺参数对TC4钛合金质量和表面形貌的影响。结果表明:在主轴转速16 000 r/min,切削深度0.2 mm,每齿进给量0.06 mm/z的最佳铣削工艺参数下,PCD铣刀寿命较长,TC4钛合金工件的表面质量和形貌较好,其平面度为0.26 μm,平行度为0.64 μm,表面粗糙度为0.63 μm,表面显微硬度为3 080 N/mm2,表面残余应力为-250 MPa。      

聚晶金刚石微细球头铣刀刃磨工艺参数优化

针对直径为0.5 mm的聚晶金刚石(PCD)微细球头铣刀刃磨质量控制问题,基于六轴数控刀具磨床几何运动原理,建立PCD微细球头铣刀的砂轮刃磨运动数学模型,开展PCD刀具精密刃磨正交试验,研究刃磨工艺参数对主轴负载率、刀具前刀面表面粗糙度、刀具刃口钝圆半径的影响规律。结果表明:磨削速度对主轴负载率以及刀具前刀面表面粗糙度的影响最为显著,提高磨削速度有利于获得较好的刀面质量;磨削深度对刃口钝圆半径的影响最为显著,减小磨削深度有利于获得锋利的刃口形状。通过合理选择刃磨工艺,PCD微细铣刀直径误差小于4.0 μm,刀具钝圆半径为4.5 μm,刀具角度误差小于1°,无明显刃磨损伤缺陷。      

纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化

采用热丝CVD法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。结果表明:随着主轴转速n从5000 r/min提高到8000 r/min, 工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v_f在1000～7000 mm/min范围内,随着v_f提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v_f为7000 mm/min时,其值达1.790 μm;当轴向切削深度a_p在0.1～0.4 mm范围内,随着a_p提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a_p在0.2 mm之后其增大趋势变缓。对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v_f,其次为n,a_p的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a_p=0.2 mm、v_f=1 000 mm/min、n=8 000 r/min,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516 μm。选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。      

修整参数对陶瓷cBN砂轮磨削效果的影响

本研究采用陶瓷cBN砂轮加工冷激合金铸铁凸轮,采用金刚石滚轮对砂轮进行在线修整。通过改变修整量、滚轮与砂轮的相对移动速度、修整速比,得出修整参数对砂轮磨削效果的影响规律。研究结果表明,当修整量从5μm×4降低到5μm×3时,工件表面粗糙度从0.25μm增大0.27μm,但仍可满足加工表面粗糙度要求,而砂轮修整量减少1/4,砂轮使用寿命延长;滚轮与砂轮的相对移动速度从0.1 mm/r增大到0.15 mm/r时,工件表面粗糙度值Ra从0.354μm上升到0.452μm,砂轮耐用度从750个工件降低到480个;修整速比增大,工件磨削表面粗糙度增大,当修整速比从0.61增大到1.35时,工件表面粗糙度值Ra从0.2μm增大到0.63μm。     

Nanocrystalline diamond coating tools for machining high-strength Al alloys

Diamond coating tools have been increasingly used for machining advanced materials. Recently, a microwave plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD) technology was developed to produce diamond coatings which consist of nano-diamond crystals embedded into a hard amorphous diamond-like carbon matrix. In this study, the nanocrystalline diamond (NCD) coating tools were evaluated in machining high-strength aluminum (Al) alloy. The conventional CVD microcrystalline diamond coating (MCD) tools and PCD tools were also tested for performance comparisons. In addition, stress distributions in diamond coating tools, after deposition and during machining, were analyzed using a 2D finite element (FE) thermomechanical model.

The results show that catastrophic failures, reached in all except one machining conditions, limit the NCD tool life, which is primarily affected by the cutting speed. In addition, coating delamination in the worn NCD tools is clearly evident from scanning electron microscopy (SEM) and force monitoring in machining can capture the delamination incident. At a high feed, coating delamination may extend to the rake face. Furthermore, SEM observations of coating failure boundaries show intimate coating-substrate contact. Though the NCD tools are inferior to the PCD tools, they substantially outperform the MCD tools, which failed by premature delamination. The diamond coating tools can have high residual stresses from the deposition and stresses at the cutting edge are highly augmented. Further machining loading causes the stress reversal pattern which seems to correlate with the tool wear severity.     

SiC颗粒增强铝基复合材料磨削中砂轮磨损与加工质量研究

颗粒增强铝基复合材料是一种典型的难加工材料。我们对电镀金刚石砂轮平面磨削加工SiC颗粒增强铝基复合材料的加工表面质量进行了实验研究。结果表明,在主轴转速为6000r／min、进给速度为300mm／min、磨削深度为0．05mm的条件下,走刀长度达到30m时砂轮直径磨损量为0．11mm,在实验所采用的加工参数条件下表面粗糙度达到Ra0．57—1．12μm,加工表面质量较高。文中还对电镀金刚石砂轮的磨损形式、磨损机理以及砂轮的修整进行了分析与介绍。