微织构自润滑刀具的切削性能研究

采用激光加工方法在硬质合金车刀前刀面月牙洼易磨损区域加工微织构并填充固体润滑剂MoS2,制备了微织构自润滑刀具(MTR-1和MTR-2),并与传统硬质合金刀具MTO进行了干切削淬火45钢的对比试验.试验结果发现,与传统硬质合金刀具MTO相比,微织构自润滑刀具能够显著降低切削力、减小刀具前刀面磨损.同时,微织构自润滑刀具...     

微织构自润滑刀具干切削0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的切削性能

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工出微织构,并在微织构中填充固体润滑剂制成微织构自润滑刀具;使用微织构自润滑刀具、微织构刀具以及传统硬质合金刀具分别对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢进行干切削试验,并对比了它们的切削性能。结果表明:与传统刀具相比,微织构自润滑刀具能有效提高切削性能(主切削力减小了8%~16%,切削温度降低了15%~24%),增加切屑的曲卷,改善刀具的粘着磨损现象。     

MoS_2基固体润滑剂微织构自润滑刀具切削性能的研究

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工不同形状的微织构,并填充不同的固体润滑剂,对制备的微织构自润滑刀具以及传统刀具进行干切削304奥氏体不锈钢的对比试验。试验结果表明,与传统硬质合金刀具相比,微织构自润滑刀具能显著地降低切削力,减小前刀面摩擦系数,降低切削温度,减少刀具前刀面的磨损。选用MoS_2/Sb_2O_3复合固体润滑剂能更好地提高微织构刀具的切削性能,减少切屑的粘结。     

不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具切削性能的对比

采用激光技术在Al2O_3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出微凹坑和微沟槽2种微织构,并填充MoS2固体润滑剂制备得到微织构自润滑刀具,研究了不同形貌微织构自润滑刀具对淬硬钢的切削性能,并与传统无织构陶瓷刀具的进行了对比。结果表明:在不同切削条件下,采用微凹坑织构刀具切削时的主切削力较采用无织构刀具的平均降低了26.91%,而采用微沟槽织构刀具切削时的平均下降了15.85%;在切削速度较高、进给量和背吃刀量均较小的条件下,采用微织构刀具切削后工件的表面粗糙度较采用无织构刀具的有明显下降;微凹坑织构刀具切削后的切屑变形程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具切削后的,其前刀面的磨损程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具的,微凹坑织构刀具比微沟槽织构刀具表现出更佳的切削性能。     

微织构Al_2O_3-TiC陶瓷刀具切削性能仿真研究

前刀面有微织构的刀具与无织构刀具的切削性能不同。为了研究Al_2O_3-Ti C陶瓷刀具前刀面凹坑微织构分布对刀具切削性能的影响,使用ABAQUS对陶瓷刀具进行三维建模,将模型导入有限元分析软件Advantedge中,在相同条件下,对无微织构和有微织构刀具进行三维切削仿真,对比其切削力、切削温度及应力分布,结果表明,具有特定凹坑微织构参数的Al_2O_3-Ti C刀具在切削过程中可降低切削力,改善温度和应力分布。     

微织构(W,Mo)C基刀具和YG8刀具对钛合金干切削性能的影响

刀具切削钛合金时存在切削温度高、单位面积上切削力大等问题,微织构刀具可以有效减小摩擦力,减小切削力。通过正交实验法设计微织构参数,研究微织构参数对Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具以及YG8刀具切削钛合金实验的切削性能影响。实验结果表明,合适参数的沟槽型微织构能有效降低Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具和YG8刀具切削TC4钛合金的切削力,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的切削力明显低于YG8刀具的切削力;合适参数的沟槽型微织构能有效降低刀具刀屑界面的摩擦系数,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的摩擦系数大都低于YG8刀具的摩擦系数;沟槽深度10μm、沟槽间距100μm以及沟槽宽度30μm的沟槽参数下,切削钛合金时,无黏结相硬质合金刀具前刀面无明显磨损,后刀面只有边界磨损,YG8刀具发生崩刃,前刀面出现切屑的滞留。     

沟槽型表面微织构麻花钻的钻削性能仿真

刀具表面置入微织构能够有效提高刀具切削性能和减小刀具磨损。针对麻花钻磨损严重问题,在麻花钻的前刀面刀—屑接触区域设计沟槽型表面微织构,利用Deform-3D软件建立表面微织构麻花钻钻削45钢的三维仿真模型,并研究沟槽宽度和间距对表面微织构麻花钻的钻削性能影响和作用机理。仿真结果表明:表面微织构的置入能够有效降低钻削力和减少钻头磨损,并改善麻花钻前刀面的最大温度分布,避免了最大温度的集中;当沟槽宽度增加时,钻削力呈先减小后增加的趋势;当微织构沟槽间距减小时,刀—屑接触区域内起作用的微织构数量增多,钻削力、钻削温度和钻头磨损呈减小趋势。     

氧化锆陶瓷车削中刀具表面微织构参数对切削性能的影响

利用飞秒激光加工技术在硬质合金车刀后刀面加工出不同宽度和间距的沟槽型表面织构。通过氧化锆陶瓷材料干切削试验,研究织构化刀具磨损机理,分析织构参数对切削力和刀具磨损量的影响规律。实验结果表明：具有合理参数的后刀面织构化刀具能够明显降低切削力,减少刀具磨损。沟槽型织构通过储存切屑、稳定黏结物和对已加工表面上硬质点的二次切削作用,降低刀具后刀面的黏着磨损和磨粒磨损。织构的二次切削作用会导致切削力增大,与织构的减摩作用共同影响切削力。     

微织构刀具织构参数优化仿真研究

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构(微织构)可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距织构间距织构宽度正弦曲线幅值周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。     

表面微织构刀具切削加工技术

刀面微织构改变了刀具与切屑之间的摩擦状态,表面微织构刀具在切削中能够降低刀具磨损、提高刀具寿命和切削性能,研究表面微织构刀具的切削加工技术具有重要意义。通过对表面微织构刀具切削加工技术进行综述,介绍了表面微织构刀具制备方法以及表面微织构刀具在切削加工过程中的切削力、切削温度、刀具磨损、工件加工表面粗糙度的影响规律,梳理了表面微织构在不同刀具上的应用,对表面微织构刀具切削加工技术的未来发展趋势进行了展望。     

激光加工刀具表面微织构的应用研究

切削加工过程中,刀具与工件材料、切屑近距离发生摩擦,产生极高的切削温度和较大的切削力,刀具磨损剧烈。如何延长刀具寿命,抑制刀具的快速磨损成为现阶段研究切削加工的核心课题。刀具表面微织构具有减小切削力、降低切削温度、减缓刀具的磨损的作用,从而能够延长刀具的使用寿命。激光加工技术加工范围广泛、安全可靠、加工精度高、自动化程度高,成为目前加工表面微织构技术中应用极为广泛的技术。研究激光加工刀具表面微织构特别是陶瓷刀具表面微织构,具有重要的理论研究价值与广阔的应用前景。     

微织构衍生切削下的钛合金正交微切削性能分析

针对微织构刀具加工过程中的衍生切削效应,利用正交微切削单元开展了微坑刀具及无织构刀具的钛合金微切削实验,从切屑底面形貌、微坑黏结状态等方面分析了微坑刀具微切削性能;通过ABAQUS软件对微织构刀具微切削钛合金过程进行有限元模拟,分析微坑织构的衍生切削作用对刀-屑接触应力分布及切削力的影响,优化设计微坑边缘过渡区参数并进行切削仿真分析。实验和仿真结果表明,微坑会减小前刀面黏结,存储微屑,减小刀-屑接触应力,提高刀具减摩性能;但微坑与切屑的衍生切削作用会增大瞬时切削力,降低切削过程平稳性。此外,微坑过渡区优化可改善切削过程波动,降低切削力,改变切屑形态,改善切屑在微坑的流入/流出状态,有助于减小微坑织构衍生切削效应,提高织构的减摩效果。     

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具切削过程中的减摩机理

在Al2O3/TiC陶瓷刀具基体内加入固体润滑剂CaF2来改善其摩擦学特性,制备出Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具.以该陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明添加固体润滑剂的Al2O3/TiC/CaF2自润滑刀具的摩擦因数比未添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷刀具显著降低,表现出了良好的减摩效果.在切削过程中,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具中的固体润滑剂由于受到摩擦和挤压作用而析出,能在刀具前刀面上形成润滑膜,可阻止刀-屑间的粘着,显著降低前刀面与切屑间的平均摩擦因数.对自润滑陶瓷刀具切削后磨损表面显微分析表明,前刀面在切削过程中形成了自润滑膜的生成、破损、脱落和再生的循环过程.因此,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具在其整个生命周期内始终具有润滑效果.     

不同润湿性微/纳织构化刀具切削性能研究

针对15-5PH固溶处理不锈钢等难加工材料切削过程中刀具磨损快速的问题,采用激光加工及表面处理技术制备得到不同润湿性的硬质合金微/纳织构化刀具。通过对15-5PH固溶处理不锈钢的切削试验,研究了不同润湿性微/纳织构化刀具的切削性能及减摩机理。试验结果表明:在微量润滑条件下,刀具表面低润湿性微/纳织构的存在可有效降低切削力、前刀面平均摩擦系数及切削温度,同时还能进一步改善刀—屑界面的润滑状况,减缓刀具磨损。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能.本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析.仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20％左右的切削力.然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验.试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的.     

表面微织构Al_2O_3-TiC陶瓷刀具的切削性能研究

研究了不同形状和不同结构尺寸的表面微织构陶瓷刀具切削45#淬火钢后,陶瓷刀具的前刀面月牙洼磨损形貌和后刀面磨损量,进而分析表面微织构对陶瓷刀具的作用机理和不同表面微织构的影响。其中,分别针对无微织构和三种不同形状,不同深度、宽度和间距的表面微织构陶瓷刀具做了单因素切削实验。实验结果表明,具有表面微织构的陶瓷刀具切削性能优于无微织构陶瓷刀具,过大的深度、宽度和间距反而不利于刀具前刀面的减摩。刀具表面微织构深度为10μm、宽度为25μm、间距为50μm时,与切削刃平行的横向微织构陶瓷刀具的切削性能最好,即该表面微织构的减摩效果最明显。     

纳米改性Al_2O_3/TiB_2/CaF_2自润滑陶瓷刀具的切削试验研究

以纳米CaF_2作为固体润滑剂制备了3种CaF_2含量不同的纳米改性Al_2O_3/TiB_2/CaF_2自润滑陶瓷刀具对45钢和40Cr进行切削试验。研究CaF_2含量对前刀面摩擦因数及刀具切削性能的影响,总结了切削温度与切削功率的关系;通过扫描电镜(SEM)观察了刀具前、后刀面的磨损形貌,证明了纳米改性自润滑陶瓷刀具的自润滑性能。结果表明,刀具材料中的CaF_2含量和切削温度对自润滑刀具的自润滑性能都有影响。在45钢切削试验中,切削温度较高,刀具CaF_2含量与刀具的材料切削总量成反比。在40Cr切削试验中,切削温度较低,与ATF1陶瓷刀具相比,CaF_2含量较高的ATF5、ATF10陶瓷刀具在切削过程中刀具前刀面摩擦因数显著降低,其中用CaF_2含量最高的ATF10陶瓷刀具得到的材料切削总量最高,表现出了明显的自润滑性能和最好的切削性能。     

织构化AlCrN涂层刀具车削加工奥氏体沉淀硬化不锈钢的切削性能研究

在基体为WC基硬质合金的Al Cr N涂层刀具前刀面应用激光技术加工出平行于切削刃的微织构,制备Al Cr N涂层织构化刀具;在液体润滑条件下对奥氏体沉淀硬化不锈钢(0Cr15Ni25Ti2Mo Al VB)进行切削试验,研究其切削性能,并与传统Al Cr N涂层刀具进行比较。分析了切削速度对切削力及切削温度的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)观察刀具的磨损形貌。研究结果表明:与传统Al Cr N涂层刀具相比,Al Cr N涂层织构化刀具能够有效降低切削温度、切削力和刀—屑接触面摩擦因数;由于微织构的存在,液体润滑时,润滑剂能够渗入到Al Cr N涂层织构化刀具的刀—屑接触面,因而具有良好的抗粘着性及耐磨性。     

多形态微织构刀具切削性能仿真研究

应用AdvantEdge FEM软件对多形态微织构刀具切削Ti-6Al-4V合金进行了一系列的切削仿真。在SolidWorks软件中建立具有刀具角度参数相同的无织构、横向织构、纵向织构、凹坑织构、纵横织构、凹坑纵横织构刀具，然后导入AdvantEdge FEM软件中，进行切削参数一致的切削仿真。对比分析6种仿真结果发现，无织构刀具切削力最大，纵横织构刀具切削力最小；无织构刀具前刀面有明显的超高温区，凹坑纵横织构刀具温度高温区域最小，纵横织构刀具峰值温度最低。说明纵横织构可以有效降低切削力，减小刀具高温区，降低刀具峰值温度。多形态织构比单一形态织构具有更好地的切削性能，可以更好地延长刀具寿命。     

凹槽微织构刀具皮质骨切削仿真研究

在骨钻削过程中,钻削力过大会对骨组织造成损伤,研究表明,微织构能够有效改善刀具的切削性能。将钻削简化为二维切削,研究凹槽微织构刀具对切削力的影响。基于切削理论建立了凹槽微织构刀具的切削力模型,利用ABAQUS软件进行皮质骨二维切削仿真。设计单因素试验确定微织构参数(宽度、间距和刃边距)对切削力的影响,对比分析微织构刀具和无微织构刀具的仿真结果。结果表明:微织构刀具能够有效减小切削力;微织构参数对切削力有不同影响。