兹浮轴承在超高速磨削中的应用

超高速磨削是近十几年来在德、美、日等工业发达国家迅速崛起的一项先进制造技术。超高速切削的概念源于德国切削物理学家Salomon博士1931年所提出的具有划时代意义的假设：对于给定的某种工件材料，切削速度存在一个临界值，在该临界值之前，切削温度及刀具磨损随切削速度的增大而增大；但当切削速度超过该临界值时，即在高速区，切削速度超过切削温度最高的“死谷”区域时，继续提高切削速度将会使切削温度明显下降，刀具磨损及单位切削力也随之降低。他的理论给人们一个非常重要的启示；如果能越过图1中的B区，     

PCD刀具高速车削和铣削钛基复合材料的切削温度研究

使用聚晶金刚石刀具,在切削速度为15-150m/min范围内对体分比为0-10%的颗粒增强及颗粒/晶须混合增强钛基复合材料进行车削和铣削试验。分别采用自然热电偶和半自然夹丝热电偶法对车削和铣削时的切削热电势进行了测量,并用比较法快速标定系统对热电势进行了标定。结果表明:PCD刀具切削钛基复合材料时,切削温度随切削速度的增加而显著增加,切削速度从15m/min增大到150m/min时,切削温度从260℃增加到590℃。研究发现,刀具磨损对切削温度存在显著影响,磨损刀具(VB=0.1mm)比新刀的切削温度普遍高60-90℃。切削体分比为5%钛基复合材料时的温度高于其基体材料(钛合金TC4)的切削温度,但随增强相含量的进一步增大,切削温度反而略有降低(降低5%)。由于PCD刀具在较高速度下切削钛基复合材料时切削温度接近或超过PCD刀具在空气中的使用温度,切削过程中刀具会发生明显的化学磨损,从而在前刀面形成显著的月牙洼磨损形态。     

陶瓷刀具高速干切削等温淬火球铁(ADI)磨损性能研究

采用陶瓷刀具(CC650)对等温淬火球墨铸铁(以下简称AD I)进行干式高速切削试验,用带有X射线能谱分析的扫描电镜观察刀具表面的磨损形貌,并对刀具磨损微区和工件表面成分进行定性分析,用X射线衍射仪对刀具、工件和切屑等试样进行物相分析,研究高速切削时陶瓷刀具磨损性能及磨损机制。结果表明:切削速度是影响刀具寿命的主要因素;CC650刀具高速干切削AD I时形成的刀具主后刀面和前刀面的磨损形态基本类似中、低速条件下磨损形态,主要区别在其磨损区域紧靠切削刃,最大磨损部位位于切削刃附近;CC650刀具高速切削AD I时切削温度高,其磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果,磨损机制主要包括磨料磨损、扩散磨损、粘结磨损和微崩。     

高速硬切削加工表面白层形成机理研究

白层是高速硬切削的特有现象,对加工表面完整性和零件的服役性能有着重要影响。针对高速硬切削加工表面白层问题,进行了对GCrl5淬硬轴承钢高速硬切削试验和表面白层测试,研究了不同切削条件下的白层形成机理,分析了切削速度和刀具磨损状态对白层特征的影响规律。分析结果表明,白层厚度随切削速度和后刀面磨损的增大而增大,而其分布的均匀性和连续性也将变差;切削速度和后刀面磨损的增加引起切削温度升高,导致加工表面快速淬火效应,使得白层厚度增大,其中切削速度的影响较为显著;在切削速度较低(100 m/min左右)时白层的形成机理主要为塑性变形,切削速度超过300 m/min则主要是马氏体相变所致,而在中间切削速度(200 m/min左右)时为2种机理的混合作用结果。     

CBN刀具正交切削钛合金温度场的有限元分析

应用ABAQUS/Explicit软件建立了钛合金Ti6Al4V的二维正交切削模型,采用温度—位移耦合分析步,研究了CBN刀具二维正交切削Ti6Al4V时切削参数及刀具前角对切削温度的影响。研究结果表明,切削速度、切削厚度的增大均会使切削温度升高,其中切削速度对切削温度的影响最大,切削厚度次之;切削温度随着刀具前角的增大而降低,但当前角继续增大至20°后,切削温度略有上升。切削区高温分布区域随切削速度的增加而有所减小,随着切削厚度的增加,切削区高温分布区域增加。     

原位自生钛基复合材料最佳铣削温度区间的研究

为实现钛基复合材料的高效、低损伤铣削加工及降低该材料的铣削加工成本,对其最佳铣削温度区间进行研究。采用聚晶金刚石(PCD)刀具,研究切削温度对铣削该复合材料时的刀具寿命、刀具磨损和加工表面质量的影响规律。试验结果表明:PCD刀具的最佳铣削温度区间为500℃-600℃,考虑切削过程中刀具磨损对切削温度的影响,PCD刀具铣削钛基复合材料时的最佳初始切削温度区间为420℃-480℃;PCD刀具在最佳铣削温度区间切削时,刀具崩刃和磨粒磨损显著减轻,且适当提高切削速度并减小进给量可进一步延长刀具寿命;在高于最佳铣削温度下切削时,刀具扩散磨损剧烈,且加工表面变质层深度显著增大。研究得出以下结论:PCD刀具高速铣削钛基复合材料时存在最佳铣削温度区间和最佳初始切削温度区间,在最佳铣削温度下切削有利于增强相被刀具原位压入基体或随基体一起协同变形发生转动,从而明显减少加工表面的划痕、微坑洞、撕裂等缺陷。     

高速加工技术在变速箱箱体加工中的应用

高速加工系统主要由可满足高速切削的加工中心、高性能的刀具系统和控制系统组成。随着切削刀具技术的进步,高速加工已经得到了广泛的应用。在常规的切削速度范围内,切削温度随着切削速度增大而提高,在一定的速度范围内,切削温度太高,任何刀具都无法承受切削加工不可能再继续下去。但是,当切削速度再增高,切削温度反而降低,切削力也大幅度下降。在高速切削时,切削热的绝大部分被切屑带走,工件基本保持冷态,而切屑温度却要高得多。     

铝合金高速铣削中切削温度动态变化规律的试验研究

切削温度与刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度密切相关。高速切削过程中切削温度随工件材料、所选刀具及切削用量的不同而呈现出与普通切削过程不同的变化规律。本文应用红外热像仪测温系统对高速铣削过程中切削温度的动态变化规律进行试验研究 ,首次给出了铝合金高速铣削过程中存在的临界切削速度关键数据及切削温度随切削速度的变化规律 ,其结论有助于指导铝合金高速铣削加工、优化高速切削工艺及建立高速切削数据库。     

涂层硬质合金刀具车削50钢的切削力与刀具磨损机理研究

涂层工艺可以提高硬质合金刀具的切削性能。以发动机主轴、锻造齿轮和轧辊等机械零件上广泛应用的50正火钢作为研究对象,采用多层涂层硬质合金刀具进行车削加工试验,研究切削参数对切削力的影响规律以及高速干车削条件下刀具的磨损机理。研究结果表明：切削速度v<250m/min时,三向切削力随着切削速度的增大而减小,随着切削深度的增大而增大,随着进给量的增大先减小后增大。涂层硬质合金刀具的主要磨损形态有硬质点磨损和黏结磨损,其中硬质点磨损贯穿刀具磨损全过程;刀具在不同磨损阶段有不同程度的扩散磨损和氧化磨损。涂层硬质合金刀具破损时出现崩刃、涂层剥落、裂纹破损和积屑瘤等现象。     

硬质合金刀具切削Ti6Al4V的磨损机理及特征

为研究硬质合金刀具在不同切削速度下切削钛合金时,刀具材料中的合金成分对刀具磨损机理及特征的影响,采用YG8、YT15和YW2三种牌号的硬质合金刀具进行干切削Ti6Al4V试验。研究切削速度分别为48 m/min、71 m/min、100 m/min时,三种硬质合金刀具的磨损形貌与磨损机理,分析在低、中、高速切削时三种刀具的磨损机理对其磨损速度的影响。结果表明:低速切削时三种刀具均以黏结磨损为主;高速切削时YG8刀具仍以黏结磨损为主,YT15刀具在发生黏结磨损的同时会产生一定程度的扩散磨损和氧化磨损,YW2刀具的磨损中黏结磨损、扩散磨损和氧化磨损占据同样地位;高速切削时选用YW类刀具更为适合。     

切削速度对轴向车铣TC4钛合金刀具磨损的影响

为研究高速轴向车铣TC4钛合金时硬质合金刀具的磨损特性,选择S30T硬质合金刀片分别在100m/min、150m/min和200m/min三种切削速度下对TC4进行了轴向车铣试验,分析了不同切削速度对刀具使用性能的影响。研究结果表明:高速轴向车铣TC4钛合金外圆时刀具磨损主要发生在刀片的刀尖刃口及后刀面;磨损形式以粘结磨损为主;刀具的磨损速度随着速度的增加而增大;S30T刀片在100m/min的切削速度下具有较好的刀具耐用度,在150m/min、200m/min的切削速度刀具磨损较快,不适于实际切削加工。     

高速切削变形区温度场数值模拟与分析

建立了基于次摆线轨迹的高速切削数值分析模型,对切削速度在470~3 770 m/min范围内高速切削铝合金7050-T7451切削温度进行仿真模拟并验证。系统分析了切削过程中刀具-切屑、刀具-工件接触变形区的切削温度随切削时间和切削速度的分布及变化规律。基于剪切角理论并结合切削温度等值线图解释了已加工表面温度随切削速度增加表现出的二次效应,得出已加工表面温度最大时的临界切削速度约为1 650 m/min。     

1Cr11Ni23Ti3MoB不锈钢切削加工性能试验分析

对1Cr11Ni23Ti3MoB奥氏体热强不锈钢的切削加工性能进行试验分析,采用二次正交旋转组合试验设计方法,研究切削速度、进给量、切削深度等工艺参数对刀具磨损和加工表面粗糙度的影响规律.分析结果表明,采用涂层刀具切削1Cr11Ni23Ti3MoB不锈钢时,磨损机制主要包括磨损初期的前刀面月牙洼磨损和剧烈磨损阶段的涂层剥落.刀具磨损量与切削深度、切削时间为正相关,与进给量、切削速度为负相关,对刀具磨损量影响最大的工艺参数是切削深度.加工表面粗糙度值随切削速度的提高和切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,对加工表面粗糙度影响最大的工艺参数是切削速度.     

高速铣削近α钛合金的切削温度研究

切削温度不仅直接影响刀具的磨损和耐用度,而且也影响工件的加工精度和已加工表面质量。由于钛合金导热性差和化学亲和性强等原因,通常在其切削加工时切削温度高、刀具磨损严重,致使切削速度难以进一步提高。本文重点对钛合金高速铣削时的切削温度进行试验研究,阐明夹丝半人工热电偶法测温原理和所测热电势信号的物理意义。试验选用了3种不同类型的硬质合金刀具,系统地研究了切削用量、冷却条件及刀具磨损等因素对近α钛合金高速铣削时切削温度的影响。     

正交切削第一变形区温度分布的研究

提出基于不均匀体积移动热源的正交切削第一变形区温度分布的计算方法。以AISI4340钢为例,分析了切削速度、切削厚度和刀具前角对第一变形区温度分布的影响。结果表明:第一变形区温度分布很不均匀,从变形起始平面到变形终止平面,切削温度逐渐增加;在中间位置温度变化较大,靠近两侧处的温度变化则较小;第一变形区各平面的切削温度随着切削速度和切削厚度的增大而升高,随着刀具前角的增大而降低;刀具前角对第一变形区切削温度的影响最大,切削速度的影响次之,切削厚度的影响最小。     

精密车削LY12铝合金的振动特性分析

利用超精密车床精密车削LY12铝合金,研究了切削速度、进给量和切削深度对主轴和刀具切削振动的影响及变化规律。试验结果表明主轴的振动随切削速度的增加而平稳增加,在高速时成为主要振动,而刀具在低速时振动很大,随着切削速度的增加而迅速降低。因此在低速时,刀具的振动是影响加工质量的主要因素;在高速时,主轴振动对加工质量的影响愈来愈大;在小进给时,各向的振动随进给的增加而迅速减少,降到临界值后,各通道振动又随进给增加而保持平稳;主轴的振动随切深的增加变化很小,而刀具的振动随切深的增加而增加,但增加到临界值,刀具的振动也保持平稳。     

低温氮气射流对钛合金高速铣削加工性能的影响

在钛合金的高速切削过程中，切削区温度很高，加速了刀具的磨损，限制了切削速度的进一步提高。为降低切削区温度、防止刀具的氧化磨损，提出在低温氮气射流条件下进行钛合金的高速铣削加工。在干铣削、浇注切削液、常温氮气油雾、低温氮气射流和低温氮气射流结合微量润滑等冷却润滑条件下进行了钛合金的高速铣削对比试验。试验结果表明，低温氮气射流结合微量润滑能够最有效地降低铣削力，抑制刀具磨损。借助扫描电镜的检测手段，研究了不同冷却润滑条件下刀具的失效形式。指出在低温氮气射流条件下高速铣削钛合金时，只要热裂纹的形成与扩展未引起刀具的崩刃及刀面的剥落，进一步降低低温氮气的温度将提高刀具的使用寿命。     

高速车削300M高强度钢涂层刀具失效机理研究

选用不同涂层刀具进行高速切削300M钢试验,利用工具显微镜和电子扫描显微镜(SEM)观察刀具磨损形貌,并利用线扫描进行元素扩散分析,揭示刀具失效机理。研究结果表明:金属陶瓷基涂层刀具高速切削时,切削速度不宜超过240m/min;硬质合金基涂层刀具可在300m/min以上高速切削300M钢,其中CVD-Ti CNAl2O3厚涂层的高速切削性能更高,切屑塑形变形较小;涂层刀具切削300M钢的主要磨损形式是前刀面磨损和后刀面磨损,涂层剥落、崩刃、微裂纹、粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损、扩散磨损是刀具失效的主要原因。     

钛合金TC11车削中已加工表面质量试验研究

为了研究车削钛合金TC11时切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响,选用涂层硬质合金刀片CNMG120408在不同切削条件下进行车削试验,分析后刀面磨损量随切削时间的变化规律;对比磨损刀具与新刀具切削的工件表面,观察表面粗糙度、表面形貌、显微硬度以及表层微观组织情况,分析切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响规律。试验结果表明:在刀具磨损初期,即新刀具切削时,切削速度从60m/min增加到100m/min,刀具磨损程度增大,表面粗糙度值降低,硬化层深度减小,加工硬化程度略微增大,表面塑性变形层深度减小;在刀具磨损终期,不同切削速度下的表面粗糙度增大,表面形貌变差,硬化层深度和加工硬化程度增加,表面变形程度增大,塑性变形层深度增加。     

高速切削时刀屑摩擦区的熵产生

高速切削时,切削温度常高达1000℃以上,刀具在高的切削温度作用下发生剧烈磨损和破损,如何提高刀具寿命已成为切削领域研究的重要课题之一。文中用热力学的方法推导了高速切削时刀屑摩擦区的熵产生模型,对熵产生的特点进行了分类探讨。结果表明:切削速度的变化对熵产生的影响最大,但该函数模型无极值,无法预测效率最高时的最佳切削用量,研究结果可对切削过程的优化和刀具材料的选择提供参考。