三维微坑织构刀具耐磨损性能研究

采用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,分析激光功率、打标速度、打标次数对微织构形貌和质量的影响;通过正交切削试验对比微坑阵列刀具和无织构刀具的耐磨损性能,从刀具磨损长度、宽度、工件表面粗糙度、切屑的黏刀量等进行评价。结果表面:通过合理的控制激光加工过程中激光功率、打标速度、打标次数来制备出符合要求的微织构形貌;微坑直径的大小对刀具的耐磨损性能有一定的影响,随着微坑直径的不断减小刀具的耐磨损性能有一定的提高,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断减小;当直径小于25μm时,刀具的耐磨损性不断减弱,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断增加;微坑织构对于刀-屑摩擦接触状态、抗黏附、耐磨减阻、存储切屑等方面有着积极的作用。     

硬质合金刀具正交切削钛合金试验的研究

刀具与切屑之间的摩擦磨损是影响刀具磨损的主要原因,在刀具表面上制备出微织构可以有效的提高刀具耐摩擦磨损性能,延长刀具寿命。利用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面上制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,通过正交切削试验观察切削过程中切屑与刀具之间的相互作用,对比微坑织构对刀具的黏刀量、切屑形态和刀具前刀面的磨损量的影响。研究结果表面,微坑织构可以减少刀具的黏刀量,减少冷焊,增加刀具的耐摩擦磨损性能;存储少量的切屑和硬质合金颗粒,减少刀具表面划伤,增加刀具寿命;增大切屑的卷曲率,有利断屑防止切屑堆积。     

车刀表面微孔织构耐磨性能分析

利用激光加工技术在硬质合金刀具表面制备出不同直径大小的微坑结构。通过正交切削Ti6Al4V合金研究有织构和无织构刀具对刀具耐磨损性能和被加工表面粗糙度的影响。结果表明:随着激光功率的增加,微坑直径和坑深呈增大趋势;织构刀具的耐磨损性能优于无织构刀具;织构刀具的被加工表面粗糙度低于无织构刀具;织构刀具微坑直径对刀具耐磨损性能和被加工表面粗糙度的影响存在一个临界值。     

刀具表面微织构激光加工方法研究与分析

在刀具的表面加工微织构,可显著提升刀具的切削性能,大幅提高刀具耐用度并延长刀具的使用寿命。本文利用脉冲激光在硬质合金(WC-Co,YG8)刀具的表面加工微织构,重点对激光功率、频率、脉冲个数和光斑直径对微坑织构的尺寸、形貌以及激光加工中产生微裂纹的影响进行了系列试验研究。采用波长λ=1064nm、激光功率W=90W、频率f=20Hz、脉冲个数n=20、光斑直径d=500μm的激光参数,在硬质合金刀片300℃预热处理后,用带有4个档位的超声振动辅助手段在刀具表面加工微坑织构。并选用原始激光加工后的硬质合金片和热处理超声振动辅助激光加工后的硬质合金刀片进行比较,试验结果表明,当刀具采用预热处理后,辅以超声振动进行激光加工的方法对控制刀具表面织构尺寸精度、刀具表面形貌的均一稳定和抑制表面微裂纹的产生具有重要意义。     

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。     

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。     

高速雕铣硬质红木的微织构刀具的磨损行为研究

针对硬质红木的高速雕铣加工性差、刀具磨损严重及生产效率低的缺点,利用光纤激光对其硬质合金刀具表面设计不同形状和大小的微织构,通过高速雕铣机测试及生产线现场加工试验,并借助光学显微镜、扫描电镜和Kistler测力仪等,分析硬质红木在高速铣削过程中表面微织构铣刀前后刀面的磨损形态、铣削力与刀具磨损的关系。试验结果表明:前后刀面都有磨损且主要类型为磨粒磨损、粘结剂磨损和氧化磨损;铣削力与表面微织构的刀具磨损不是纯粹的正相关关系,刀具最大应力点不断变化,有利于降低磨损;在织构的形状方面,相对于网格织构,同样间隔大小和深度的圆形织构和平行织构的刀具减磨效果更好;圆形凹坑织构比圆形凸起织构的减磨效果好;直径为30μm,间距80μm×80μm的圆形凹坑的减磨效果较好。     

一种刀具表面阶梯型微织构的作用机理分析

为了探究阶梯状微织构在刀具表面存在的作用及其相关机理,并获取最优的织构参数,利用激光加工设备在硬质合金刀具表面加工出不同参数的凹坑织构,利用摩擦磨损试验机进行销盘式摩擦磨损实验,并通过车床进行了切削铝合金的实验.结果 表明,当刀具表面凹坑织构的直径为65μm、凹坑深度为15μm时,与无织构表面相比,具有凹坑织构表面的摩擦系数降低了43.5％,与硬质合金相对磨的铝合金销的磨损量减小了40.2％,在切削加工中具有织构纹理的刀具的主切削力降低了10.4％.从上述结果来看,刀具表面的阶梯状微织构能够有效起到减摩降磨的作用,同时改变切屑类型,大幅提升刀具的使用寿命.     

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。     

本期导读

纳米流体与微织构耦合作用对刀具材料摩擦磨损性能的影响研究P3-10朴占鹏张克栋周驰驰奚子杰王澳封封合理的表面织构可有效改善摩擦副界面间的摩擦状态。为研究纳米流体与表面微织构耦合作用对硬质合金刀具材料摩擦性能的影响,采用"两步法"将纳米Fe3O4颗粒添加到水基切削液基础液,制备出质量分数为0.5%的Fe3O4纳米流体,并利用激光微加工技术在光滑的YG6X硬质合金样件表面制备出不同尺寸参数的沟槽型与凹坑型表面微织构。     

硬质合金表面正弦微织构对其摩擦磨损性能的影响研究

为了探讨微织构对硬质合金表面摩擦磨损性能的影响,利用激光技术在硬质合金表面制备了一种正弦状沟槽型微织构,并在UMT-2摩擦磨损试验机上进行直线往复式摩擦磨损试验。试验分别在不同载荷、滑动速度和润滑条件下,对微织构化硬质合金表面的摩擦磨损性能进行评价。研究表明:硬质合金表面加工微织构并添加固体润滑脂能够有效降低硬质合金表面的摩擦系数;在同等条件下,正弦型微沟槽表面比传统直线型微沟槽表面具有更好的减磨性能;在高载荷和高滑动速度并添加润滑脂的条件下,正弦型微织构试样表面的减磨性能最好。     

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。     

Al2O3/La2O3/(W,Mo)C硬质合金刀具表面微织构参数优化

通过水热法制备粒度均匀的Al2O3/La2O3/(W,Mo)C纳米复合粉体，采用放电等离子烧结技术制备Al2O3/La2O3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具，利用激光加工技术在刀具表面制备不同沟槽参数的表面微织构，采用正交试验法研究不同沟槽参数的刀具对钛合金干切削性能的影响。结果表明：沟槽间距对切削力和粗糙度影响最大，沟槽深度次之，沟槽宽度影响最小；Al2O3/La2O3/(W,Mo)C无黏结相刀具在沟槽深度为10 μm、沟槽间距为100 μm、沟槽宽度为30 μm时，对TC4钛合金切削性能最好，且刀具前刀面无磨损，后刀面为边界磨损，沟槽织构有效抑制了月牙洼磨损，提高了刀具寿命。     

表面微坑织构刀具结构强度的有限元仿真

在月具前刀面置入微织构能够改善刀屑间的摩擦状况,提高刀具的切削性能.为了研究表面织构的置入对刀具的应力、变形等产生的影响,本文针对微坑阵列结构,通过有限元软件ABAQUS对表面微坑织构刀具的结构强度进行仿真.结果表明:微坑的置人在一定程度上降低了刀具强度,增大了刀尖变形.在本文的研究范围内,与微坑深度、间距相比,微坑直...     

织构参数对刀具表面摩擦系数的影响研究

研究了前刀面具有圆形凹坑阵列微织构的YT15硬质合金刀片对45钢工件进行切削试验时,其微织构参数与刀—屑界面平均摩擦系数的关系。通过单因素试验,获得各织构参数分别和刀—屑界面平均摩擦系数的关系:当凹坑直径小于200μm时,直径越大摩擦系数越小;接触区面积占有率在70%-75%时,摩擦系数较大,接触区面积占有率大于75%,时则可保证刀—屑界面摩擦系数较小;织构凹坑深度为4μm时,可以获得最小平均摩擦系数。验证了织构凹坑直径、接触区面积占有率以及凹坑深度等织构参数对刀—屑摩擦系数的关系,得出了在刀具前刀面加工出合适参数的微织构可有效降低刀—屑界面摩擦系数的结论。     

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...     

基于原子沉积法的纳米Al2O3涂层微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数研究

采用原子沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)分别在点状微织构和条状微织构YT5硬质合金刀具(微织构刀具)上制备了纳米Al_2O_3涂层,通过直角切削实验研究了纳米Al_2O_3涂层对微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数的影响,并将纳米Al_2O_3涂层微织构刀具与微织构刀具、YT5硬质合金刀具进行对比。结果表明,微织构能降低刀具刀-屑界面间的摩擦系数;纳米Al_2O_3涂层能进一步降低微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,其中厚度为100 nm的Al_2O_3涂层微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数最小,当点状微织构间距为0.15 mm时摩擦系数值最优,当条状微织构方向垂直于主切削刃时摩擦系数值最优;刀具刀-屑界面间的摩擦系数随着切削速度的增加而增大。纳米Al_2O_3涂层与微织构相结合将刀-屑界面间的摩擦由滑动摩擦转变为滑动-滚动复合摩擦的形式,降低了微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,改善了摩擦性能,有利于提高刀具耐用度。     

涂层刀具表面织构化及切削性能研究

采用激光技术在基体为硬质合金的涂层刀具前刀面易发生月牙洼磨损区域进行织构化处理,制备涂层织构化刀具;在液体润滑条件下进行切削试验,研究其切削性能,并与硬质合金织构化刀具及传统刀具进行比较。结果表明:与传统刀具相比,硬质合金织构化刀具和涂层织构化刀具能够有效降低切削力、切削温度和刀屑接触面摩擦因数,涂层织构化刀具效果尤为明显;液体润滑时,由于织构的存在,润滑剂能够渗入到硬质合金织构化刀具和涂层织构化刀具刀屑接触面,因而具有良好的抗黏着性及耐磨性,其中涂层织构化刀具最优。     

MQL条件下微织构刀具车削钛合金的切削加工性试验分析

为深入研究微织构刀具结合微量润滑技术对金属切削加工性的影响,利用激光机在硬质合金刀具前刀面制备出不同的微凹坑阵列,并在不同微量润滑(MQL)条件下开展钛合金车削试验,以工件加工表面质量作为评价标准,对相关影响因素进行优选,并对刀具磨损进行分析。研究表明:在一定的加工条件下,表面质量有显著提高,其中温度和面积占有率是主要的影响单因子,而刀具磨损仍以黏结磨损为主,磨损情况得到改善。     

硬质合金织构刀的切削性能影响因素的试验研究

利用激光技术在硬质合金刀具的前刀面上进行织构化处理,制备凹腔织构刀和毛化织构刀;在润滑条件下进行切削,并将其切削性能与未织构刀的切削性能进行对比。试验结果表明:与未织构刀相比,凹腔织构刀和毛化织构刀能显著降低摩擦系数、刀—屑接触长度、切屑卷曲半径,毛化织构刀效果更为明显;在油润滑条件下,由于织构的作用使得润滑液能够进入刀—屑接触面,并能存储一部分润滑液,毛化织构能增强抗粘结性;该研究表明毛化织构能增强刀具的切削性能。