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.     

表面织构陶瓷刀具切削性能研究

采用激光在Al2O3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出不同的表面织构,制备出纳米织构陶瓷刀具及微纳米复合织构自润滑陶瓷刀具,并与传统陶瓷刀具进行干切削45淬火钢试验比较.结果表明:纳米织构陶瓷刀具不能够有效降低切削力、改善刀具黏结现象,但是可以减小刀具前刀面磨损凹坑,减少磨粒磨损;微纳米复合织构自润滑陶瓷刀具能够有效降低切削力,减小刀具磨损,改善刀具的切削性能.     

添加固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料及其减摩机理研究

采用热压工艺制备Al2O3/TiC/CaF2(ATF)自润滑陶瓷刀具材料,考察其室温下的机械性能,并通过切削性能试验分析其切削减摩机理。结果表明:添加固体润滑剂对陶瓷材料的机械性能有一定影响,其中CaF2含量为10%的Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的力学性能最好,强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV15·4GPa,可以用作刀具材料;ATF自润滑陶瓷刀具在切削过程中,减摩性能优于LT55陶瓷刀具,能够在前刀面形成一层较完整的固体润滑膜,膜的存在使得ATF自润滑刀具材料具有一定的减摩能力,而后刀面具有磨粒磨损的特征,由于磨粒的刻划作用而没有形成较完整的润滑膜。     

一种Al2O3基陶瓷刀具的切削性能研究

采用热压工艺制备了一种Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具材料,对其进行了切削性能试验,分析了其切削磨损机理并比较了三种陶瓷刀具的切削性能。试验结果表明,在切削淬硬45^#钢和铸铁时,Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的耐磨性与Al2O3／TiC陶瓷刀具接近,但明显高于Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具;Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的后刀面磨损量随切削速度和背吃刀量的增加而增大。SEM分析发现,在切削淬硬45^#钢和铸铁时Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具后刀面主要磨损形式为磨粒磨损。     

基于固体润滑剂与原位反应双机制自润滑陶瓷刀具

采用真空热压烧结工艺,以Al2O3/TiB2为基体、CaF2为添加剂制备了Al2O3/TiB2/CaF2(ABF)自润滑陶瓷刀具,并对其进行了摩擦磨损试验和淬硬钢干切削试验。在摩擦磨损试验过程中,测定了4种不同CaF2含量的ABF陶瓷材料样品。摩擦磨损试验结果表明,ABF材料的平均摩擦因数随着CaF2含量的增加而减小,这是因为固体润滑剂CaF2在磨损过程中生成的润滑膜起到了一定的减摩作用。将ABF刀具和普通陶瓷刀具(AG2)在120 m/min切削速度下对45淬硬钢进行干切削试验,切削试验结果表明,ABF前刀面的平均摩擦因数比AG2陶瓷刀具前刀面的平均摩擦因数要显著偏小,主要原因是ABF自润滑陶瓷刀具在高速切削时,固体润滑剂CaF2和自身TiB2的原位反应同时生成了润滑膜,这种双重机制下生成的润滑膜具有极佳的润滑性能,其润滑效果随温度和切削速度的增加而显著提高。     

TiB2基陶瓷刀具切削淬火45钢时的切削性能研究

研究了新型TiB2基陶瓷刀具连续切削淬火45钢时的切削性能.研究发现:刀具的主要磨损形式是前后刀面磨损,低速下的磨损机理为磨粒磨损,高速下BA30刀具的磨损机理为磨粒磨损,BT30刀具后刀面磨损机理为磨粒磨损,前刀面磨损机理为氧化磨损,BA30刀具的切削性能优于BT30刀具.     

高温自润滑陶瓷刀具材料及其切削性能的研究

以TiB2为添加剂,Al2O3为基体,制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料。以该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用其在切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料本身的高温自润滑。研究了Al2O3/TiB2陶瓷刀具在切削高温作用下刀具表面的摩擦化学反应机理,分析了刀具表面自润滑膜的组成结构。结果表明：Al2O3/TiB2陶瓷刀具在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜的组成为Al2O3/TiB2陶瓷刀具中TiB2的氧化产物,它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的粘着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。     

TiB2基陶瓷刀具切削不锈钢时的切削性能研究

研究了新型TiB2基陶瓷刀具切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti时的切削性能.研究发现:BT30刀具表现出良好的切削性能.其中采用0°前角的刀具比-5°前角的刀具表现出更好的耐磨性.刀具的磨损形式为后刀面磨损和前刀面磨损,后刀面磨损机理为磨粒磨损,前刀面磨损机理为扩散磨损.     

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。     

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。     

纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具切削试验与分析

通过切削试验 ,研究了纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具在切削 40Cr和正火态 45钢时的切削性能和失效形式。结果表明 ,该种刀具有良好的切削性能 ,可用于较高速度下钢的切削 ,其主要失效形式为磨损。     

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。     

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。     

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...     

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。     

C60纳米粒子切削液对15Cr14Co12Mo5Ni2WA齿轮钢切削特性的影响研究

高强度钢15Cr14Co12Mo5Ni2WA的切削特性表现为切削力大,造成刀具磨损快与崩刃严重、加工精度保持性差。针对上述问题,提出将富勒烯C60纳米粒子混合切削液作用于金属切削过程中的刀-屑接触区(Ⅱ变形区)和刀-工接触区(Ⅲ变形区),以改善切削性能。为此,基于修正库仑摩擦、赫兹接触等理论方法建立了C60纳米粒子在刀-屑接触中的减摩润滑预测模型,研究预测了切削接触界面间产生的“纳米滚动轴承”效应及减摩特性,通过摩擦磨损试验测定了不同浓度C60纳米切削液下的摩擦特性变化,采用超景深3D显微镜、SEM、拉曼光谱仪等先进测量手段表征分析了试样表面磨痕微观形貌、研究了摩擦磨损机理。切削试验结果表明C60纳米切削液具有很好的减摩效果,有效地降低了切削力、工艺系统振动、刀具磨损,切削性能显著提升。应用在插削加工过程中,表现出切削冲击振动导致的刀具崩刃现象明显减少、因冷焊撕裂造成的前刀面局部剥落现象消失,刀具使用寿命延长。     

不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研究

为了研究不同涂层刀具切削淬硬H13钢的切削性能,进行了多层Ti化合物涂层、TiAlN涂层以及MTTiCN厚Al_2O_3TiN涂层材料刀具车削加工淬硬H13钢试验,分析了不同的涂层材料刀具与切削力、切削温度、涂层刀具磨损以及刀具寿命的关系。研究得出:多层Ti化合物涂层刀具受到三个方向的力都大于其它两种涂层的刀具,而且切削温度最高;用TiAlN涂层刀具切削时温度最低;切削过程中三种刀具后刀面磨损程度不同,发现多层Ti化合物涂层刀具磨损最为严重,寿命最短;MT-TiCN厚Al_2O_3Ti N涂层材料刀具比多层Ti化合物涂层刀具寿命长30%;TiAlN涂层刀具的切削寿命最长比多层Ti化合物涂层刀具寿命长45%。     

不同摩擦因数下织构刀具和普通刀具切削性能比较

为选择合适的切削刀具以节约生产成本,采用有限元方法,在不同工况下分别对普通刀具和表面织构CBN刀具切削AISI4340材料的过程进行仿真,研究不同摩擦因数下普通刀具和表面织构刀具的切削性能,得到不同摩擦因数下切削力、切削温度和应力场分布规律。结果表明:随着摩擦因数的增大,普通刀具和表面织构刀具切削时的切削温度、所受的应力和切削力均呈增大的趋势,但相对普通刀具而言,在摩擦因数增大到一定程度时,表面织构刀具的温度、所受的应力应变上升有所减缓,有利于延长刀具的使用寿命。研究表明:当切削过程的摩擦因数低于0.3时,可采用普通刀具节约生产成本;当摩擦因数增大到0.3以上时,织构刀具的温度、切削力和应力分布相比普通刀具有明显优势,采用织构刀具可延长刀具的使用寿命。     

用于难加工材料高效切削异面涂层刀具的研制

针对切削难加工材料时刀具前后刀面磨损机理不同、刀具寿命较短的问题,提出了在刀具前后刀面分别制备不同性能涂层的新方法,并对制备的异面涂层刀具进行了切削性能试验。首先对切削难加工材料时刀具磨损机理进行了研究,结果表明,刀具前刀面易于发生粘结磨损,后刀面易于发生磨粒磨损;然后,通过多弧离子镀方法,在前刀面制备了抗粘结能力强的Al Cr N多元涂层,在后刀面上制备了抗磨粒磨损能力强的Ti CN涂层。最后,对制备好的刀具进行了切削性能测试,结果表明,异面涂层能显著提高刀具的综合力学性能。