高速铣削时硬质合金刀具与NAK80模具钢化学性能匹配研究

高速铣削加工时温度较高,易引起刀具与工件之间产生化学反应,加剧刀具与工件磨损,缩短刀具寿命。实现刀具材料和工件材料的化学性能匹配,可有效保证模具型面加工质量和提高生产效率。化学性能匹配主要从刀具材料与工件材料的氧化以及扩散方面进行研究。通过理论计算得到刀具与工件材料的化学反应自由能;结合高温氧化试验,研究NAK80模具钢的高温氧化产物并探究其抗氧化性能;基于变系数浓度扩散模型,利用元素扩散试验获得了NAK80模具钢与刀具材料间的元素扩散强度。结果表明,NAK80模具钢的氧化程度随温度升高而加剧,温度高于1300K可发生完全氧化;NAK80模具钢中的Fe元素扩散深度随硬质合金刀具中Co元素含量的增加而增加。     

钛合金铣削加工中的刀具扩散磨损的研究

本文针对在较高切削速度下使用硬质合金刀具铣削钛合金时的刀具扩散磨损的作用机理进行了研究。通过对刀刃剖面的元素浓度的分布进行电子探针的波谱分析和俄歇能谱分析,发现在钛合金高速铣削时刀具的扩散磨损是由于刀具材料中的粘结相钴和硬质相中的碳元素作用的结果。并发现了硬质相中的碳元素扩散的新规律,碳元素的扩散在刀具和工件的界面处形成富碳层,而不是通常所认为的缺碳层,而在刀具的次表面才形成脱碳层。这样更加完善地解释了刀具表面层弱化以及其次表面层的脆化的联合作用而形成刀具的扩散磨损的作用机理。同时也对刀具材料中的钨元素以及工件材料中的钛元素的扩散进行了探讨。     

工件材料热导率对刀具前刀面最高温度的影响研究

为研究工件材料热导率对刀具前刀面最高温度的影响,建立了刀具前刀面温度分布模型,用数学解析的方法推导出了刀具前刀面的温升计算式及温度最高点的位置。并选取了几种代表性的工件材料进行解析计算,将解析计算结果与有限元仿真结果进行了对比分析,验证了切削温度最高点预测模型的有效性,分析了工件材料热导率对前刀面最高温度点的影响特点。     

铝合金材料数控加工残余应力的分析

以给定刀具特性和工件材料(7050-T7451)为对象,将铣削力试验结果作为有限元分析铣削加工过程的条件,分析计算了影响被加工零件尺寸稳定性即加工变形的主要因素──残余应力,并建立了铣削产生的残余应力与铣削参数间的数学关系式。在分析计算过程中,利用有限元软件中的生死单元思想,模拟加工过程的材料去除现象,同时考虑到刀具切入工件时的冲击效应,采用微时间步来模拟刀具接触工件瞬间的力学性质,从而使计算结果更贴近真实。     

基于刀具实际廓形的数控加工刀具轨迹计算

刀具轨迹生成是自由曲面零件数控加工中最重要同时也是研究最为广泛深入的内容,在自由曲面的多坐标数控加工中,刀具轨迹的优劣直接影响其加工精度和加工效率。传统的刀具轨迹计算方法是利用实际刀具的理想廓形进行的,提出利用刀具的实际廓形进行复杂曲面加工,是通过检测旋转刀具加工工件时的实际廓形,利用实际廓形对已知曲面进行刀具轨迹计算。这种计算方法能有效的提高加工精度,并可以检测新生产出来的刀具是否符合标准。该方法适用于加工刀具为旋转运动的数控加工轨迹计算。     

二维切削刀具温度场的测量

<正> 一、前言切削热是切削过程中的重要物理现象。切削温度能改变刀具前刀面上的摩擦系数,改变工件材料的性能,影响已加工表面质量的提高。切削时的温度场对刀具的磨损部位有很大的影响。由于切削过程的复杂性,理论解析法求解切削温度场乃受到限制,不仅计算结果要靠实验来验证、修正,而且计算中的许多参数要靠实验来确定。因此,用实验手段测量切削刀具温度场乃是目前切削研究中的主要方法。测量切削温度的方法很多,目前应用较广、较为成熟可靠的是自然热电偶法和人工热电偶法。前者测得的是切削刀具——工件间的平均温度;后者一般要在刀具或工件拟     

基于热力学的WC基硬质合金刀具加工各种常见工件材料的匹配研究

高速切削钢件的时候,切削温度高达800～1 000 ℃,扩散磨损成为硬质合金刀具的一个主要磨损原因.从热力学的角度研究硬质合金刀具扩散磨损规律,计算刀具材料在不同温度下分解溶入各种常见工件材料中的浓度值,研究结果可对刀具材料的研究和设计提供参考.     

硬质合金加工20CrMnTi渗碳淬硬钢刀具磨损机理研究

通过20CrMnTi渗碳淬硬钢切削加工试验,分析了YT726硬质合金刀具的磨损机理。研究结果表明:硬质合金加工20CrMnTi渗碳淬硬钢,刀具的前刀面发生了月牙洼磨损,后刀面除了发生机械磨损外,还发生了粘结磨损和扩散迁移磨损,刀具基体中的Co、 W、 C等元素向件扩散,工件材料中的Cr、 Ti、 Fe、Mn等元素向刀具扩散,导致刀具强度和硬度的下降,从而降低刀具的使用寿命。     

切削材料和涂层对刀具质量和使用寿命的影响

通过对近年来几种常用的切削材料和涂层的介绍,探讨了刀具磨损的理论模型和实际情况,重点对扩散磨损进行分析。根据确定的工艺参数,研究几种切削材料和工件材料的组合刀具寿命。分析了高速钢刀具的切削速度、进给速度和磨削方式对刀具寿命的主要影响。通过摩擦学模型将所有的参数和影响进行统一计算,通过分析结果可以帮助我们继续优化切削参数,以获得更好的工件质量和更短的生产时间从而降低成本,提高使用寿命。     

304不锈钢切削加工温度分布建模与分析

为了研究304不锈钢在切削加工中的温度分布情况,根据非等分剪切区模型和Waldorf的刀具磨损力模型,分别计算了主剪切面上的剪切力和刀具后刀面磨损带作用下的切削力,通过热源法建立了直角切削中工件加工表面及次表面的温度分布解析模型,预测出了304不锈钢工件在不同切削条件下加工表面和次表面的温度分布情况,预测的结果与有限元软件仿真结果基本一致。建立的模型仅需要输入工件材料属性参数和切削条件就能预测出工件加工表面及次表面的温度分布。     

Thermodynamical matching of alumina-based composite ceramic tools with typical workpiece materials

Cutting temperature always highly reaches to over 1,000°C during high speed. Diffusion of tool material element may have important influence on tool wear at such high temperature. The advanced ceramic cutting tools have very good wear resistance, high refractoriness, good mechanical strength, and hot hardness. In this paper, the rules of diffusion wear for alumina-based ceramic cutting tools are proposed and analyzed based on thermodynamics theory. Dissolution concentrations in typical normal workpiece materials of ceramic tool materials at different temperatures are then calculated. Diffusion reaction rules in high temperature are developed and analyzed using Gibbs free energy criterion. The machining tests were conducted using the alumina-based composite ceramic tools at different cutting speeds of 10, 150, and 250 m/min, feed of 0.2 and 0.3, and depth of cut of 1, 2, 2.5, and 5 mm, respectively, on PUMA300LM numerically controlled lathe. It was found that the theoretical results were uniform with the experimental data; the results will provide useful references for tool material design and selection.     

多轴联动工具磨削软件关键技术与发展趋势

面向复杂形状刀具的多轴联动工具磨削软件已成为我国制造工业亟需突破的瓶颈问题之一,为此,介绍了工具磨削软件的应用场景及需求,梳理了国外主要工具磨削软件品牌及其功能特点,进而从数学、力学、材料学等软件涉及的关键理论问题角度分析了工具磨削软件需要突破的关键技术,并在此基础上提出了未来工具磨削软件的智能化发展趋势,从而为我国工具磨削软件的自主研发提供参考。     

陶瓷刀具材料近期研究进展

主要总结了陶瓷刀具材料的类别、力学性能、应用情况和增韧补强机理,特别对纳米复合陶瓷刀具材料进行了介绍和总结,提出了今后需要解决的问题,作为以后对陶瓷刀具材料研究的基础和参考.     

Evaluation of the Machinability of Nickel-Base,Inconel 718, Alloy with Nano-Ceramic Cutting Tools

The machinability of difficult-to-cut aerospace alloys can be enhanced by the rapid development of cutting tool materials that can withstand machining at high-speed conditions. The performance of nano-grain size ceramic tool materials were evaluated when machining nickel base, Inconel 718, in terms of tool life, tool failure modes and wear mechanisms as well as component forces generated under different roughing conditions. Comparison tests were carried out with commercially available ceramic tool materials of micron-grain composition.

The test results show that the micron grain size commercially available tool materials generally gave the longest tool life. The dominant failure mode is nose wear, while some of the nano-ceramic tools were rejected mainly due to chipping at the cutting edge. This suggests that physical properties and mechanical stability of the cutting edge of the ceramic tools influence their overall performance. It is also evident that chemical compositions of the tool materials played a significant role in their failure. The alumina base ceramics are more susceptible to premature fracture than the silicon nitride base ceramics with higher fracture toughness.     

改性方法对WC基硬质合金刀具材料组织及性能的影响

采用真空烧结法制备了WC基硬质合金刀具材料,研究了不同改性方法对其组织及性能的影响。结果表明:粘结剂镍和钛代替镍提高了硬质合金刀具材料的硬度和抗弯强度,大大降低了后刀面的磨损;添加纳米SiCp使硬质合金刀具材料的组织更加均匀,相对密度、硬度、抗压强度及耐磨性进一步提高;粘结剂钴比镍对WC表面具有更好的润湿性,可进一步提高硬质合金刀具材料的硬度;WC表面化学镀包覆粘结金属钴进一步提高了硬质合金刀具材料的整体性能。     

刀具材料的历史、进展与展望

论述了刀具和刀具材料在人类历史发展中所起的重要作用。回顾了早期机械制造中曾经用过的刀具材料。重点阐述了现代刀具材料(高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料)的化学成分、制造方法、切削性能和应用范围。对21世纪中刀具材料的发展动向也作出了预测与展望。     

4种仿生材料的红外光谱特征

根据文献和我们的研究工作,归纳总结了铁的（氧）氢氧化物、碳酸钙、二氧化硅、羟基磷灰石4种仿生材料的红外光谱特征。结论：傅里叶变换红外光谱可以直观、快速、准确地鉴别仿生材料。     

复相陶瓷刀具材料设计的理论框架

建立了复相陶瓷刀具材料设计的理论框架,该框架主要包括设计要求,系统设计、组分设计、微观结构设计、工艺设计、材料制备以及材料应用等,提出在复相陶瓷刀具材料设计的理论框架中,应该把工件材料应用等,提出在复相陶瓷刀具材料设计的理论框架中,应该把工件材料视为一“独立相”,充分考虑它与刀具材料之间的化学相容性问题,实验证明该研究思路是正确的,它对于复相陶瓷刀具材料设计具有重要的应用价值。     

氟金云母陶瓷钻削刀具磨损特性的研究

分别采用硬质合金和高速钢钻头对氟金云母可加工陶瓷进行钻削加工,测试主后刀面的磨损宽度,考察刀具磨损特性,通过单因素试验法考察刀具材料、冷却条件、刀具角度等参数对刀具磨损的影响。试验结果表明:刀具材料和冷却方式是影响刀具磨损的主要因素,高速钢刀具不适于氟金云母陶瓷的钻削加工,冷却条件对硬质合金刀具磨损的影响较为显著,刀具磨损率随钻头顶角增大时对刀具磨损率的影响较小。因此优化刀具材料和工艺参数对氟金云母陶瓷的钻削加工工程应用具有现实价值。     

Cutting performance and wear mechanisms of Sialon–Si3N4 graded nano-composite ceramic cutting tools

Sialon–Si₃N₄ graded nano-composite ceramic tool materials were fabricated by using hot-pressing technique. The residual stresses in the surface layer of the graded ceramic tool materials were calculated by the indentation method. The cutting performance and wear mechanisms of the graded tools were investigated via turning of Inconel 718 alloy in comparison with common reference tools. The surface roughness of the finish hard turning of Inconel 718 and the microstructures of the chips were also examined. Worn and fractured surfaces of the cutting tools were characterized by scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The results showed that graded structure in Sialon–Si₃N₄ graded ceramic tool materials can induce residual compressive stresses in the surface layer during fabrication process. Tool lifetime of graded ceramic tool was higher than that of the common reference tool. The longer tool life of the graded nano-composite ceramic tool was attributed to its synergistic strengthening and toughening mechanisms induced by the optimum graded compositional structure of the tool and the addition of nano-sized particles. Wear mechanisms identified in the machining tests involved adhesive wear and abrasive wear. The mechanisms responsible for the higher tool life were determined to be the formation of compressive residual stress in the surface layer of the graded tools, which led to an increase in the resistance to fracture.