微观组织形貌对过共晶Al-18Si%合金切削加工性能的影响

研究过共晶Al-18Si%合金微观组织结构对其切削加工性能的影响,使用硬质合金刀具,在切削速度1000m/min下对化学成分相同但微观组织结构不同的Al-18Si%合金进行铣削加工实验。结果表明:经细化变质处理后,切削力幅值信号强度明显低于未细化材料,刀具使用寿命显著提高,加工过程相对平稳。未细化处理材料中粗大、形貌不规则的硬质初晶硅颗粒易导致刀具发生崩刃、剥落和粘着磨损等形式;具有细小、弥散而分布均匀的初晶硅合金表现出较好的切削性能。     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。     

TiAlN涂层硬质合金刀具大进给铣削高温合金的加工性能评价

大进给铣削是一种高效加工方法,在提高难加工材料的加工效率方面具有显著优势。采用可转位的Ti Al N涂层硬质合金刀具对GH4169进行了大进给铣削试验,研究了切削速度、每齿进给量以及刀具磨损对切削力的影响规律,并通过对后刀面磨损区域微观形貌和能谱分析,研究了刀具磨损机理。结果表明:每齿进给量对切削力的影响最显著,刀具磨损对轴向切削分力的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,轴向切削分力由854 N增大至1 863 N;切削速度对刀具寿命的影响最显著,切削速度增大至110 m/min时,刀具寿命仅有2 min;通过刀具后刀面磨损区域的能谱分析,在切削刃附近发现大量Ni、Fe、Cr等GH4169材料元素,刀具的主要磨损形式为黏结磨损和由热裂纹引起的材料剥落及崩刃。     

超声振动高速铣削SiCp/Al复合材料的切削力及刀具磨损特性

颗粒增强铝基复合材料由于其优异的性能,在航空、航天及军事等领域得到广泛应用,但材料的难加工特性限制其进一步应用.采用超声高速铣削对高体分SiC颗粒增强铝基复合材料进行了实验研究,研究了超声切削参数对铣削力的影响,分析了超声加工时的刀具磨损情况和机理.研究发现采用超声铣削可以有效地减小切削力,得出了超声加工SiC颗粒增强铝基复合材料的合理切削用量.同时,超声铣削很大程度上降低了磨料磨损和粘结磨损,提高了刀具的使用寿命.     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

过共晶Al-18Si合金摩擦磨损机理研究

采用熔体过热处理工艺制备Al-18Si合金试样。通过OM、SEM观察和摩擦磨损性能测试,研究微观组织形貌对Al-18Si合金摩擦磨损性能的影响。借助于Matlab软件,对摩擦试样表面的磨痕形貌分形维数编写相应的Matlab计算程序。结果显示,随着熔体过热处理温度的升高,过共晶Al-18Si合金中初晶硅形态和尺寸发生变化;熔体处理温度从800℃、850℃、900℃、950℃逐步升高,摩擦试样表面磨痕形貌的分形维数1.7384、1.6491、1.5934、1.5786逐步下降,Al-18Si合金的摩擦系数随熔体处理温度的升高从0.65下降至0.41;磨痕形貌分形维数变化与Al-18Si合金的摩擦磨损机理密切相关。     

A1TiCCeP对Al-30％Si合金初晶硅相的变质效果研究

借助SEM与XRD分析手段,对自制的AITiCCeP（舍2％P）中间合金进行物相分析,并以Al-30％Si合金为变质对象,探讨其对初晶硅的变质效果与变质机理。结果发现：A1TiCCeP中间合金组织中含有TiC、AlP、TiAl3和Ti2Al20等物相,当A1TiCCeP的添加量（以磷的实际添加量计算）为Al-30％Si合金质量的0．15％时,对初晶硅变质效果显著,平均尺寸约为281zm,优于商用Cu．P中间合金。     

多维超声振动铣削Ti2AlNb合金试验研究

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明：超声振动的三向切削力小于普通切削的,沿刀具进给方向,二维和三维超声振动相对于普通切削的切削力最大分别下降了48.6%和28.3%。3种不同的切削方式在相同的切削参数下加工出完全不同的表面微织构形貌,三维超声振动加工出“麦穗状”,且“麦芒”出现在超声分离特性较强的刀具进给方向上。随着机床转速增加,二维超声振动产生的粗糙度值相对于普通切削下降率最大为45.3%。随着振幅增加,超声振动引起的刀屑分离作用增强,在刀具二维超声振动振幅为8μm时,工件表面粗糙度下降了64.5%。试验结果表明,超声振动加工是提高Ti2AlNb合金的切削性能的有效手段之一。     

硫化锌、锶复合变质对过共晶铝硅合金组织的影响

以Al-24Si合金为研究对象,通过添加不同含量的ZnS中间体和Al-Sr中间合金作为变质剂,利用金相显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD)、能量分散谱仪(EDS)等分析手段研究了亚微米级ZnS、Sr复合变质对Al-24Si合金组织形貌的影响,结果表明:亚微米级ZnS与Sr复合变质能同时细化初晶硅和共晶硅,二者不会干扰各自的变质效果,可将初晶硅平均尺寸由120μm细化至30μm以下,共晶硅由针片状变质至短棒状或纤维状。     

涡旋曲面铣削加工工艺改进

涡旋线是一种曲率在时刻变化的复杂曲线,涡旋面铣削加工中,动态前后角、切削层厚度（切深）以及切削力都随之变化,如果切削用量设计不当,将使动态切削状态恶化,严重降低刀具寿命,影响加工效率,这些影响切削性能的因素都与进给量直接有关。当曲率增大,切深加大,动态后角变小,以及切削力增加,这种现象明显地表现在涡旋曲线接近中心的部位,往往导致刀具急剧磨损以致断裂,严重影响生产率。因此涡旋曲面铣削加工进给率计算必须考虑其曲率的变化,但通常是根据经验按曲率的变化分段安排进给率,不是以精确计算为依据。为了改进涡旋曲面铣削加工工艺,本文工作结合涡旋压缩机主体涡旋盘常用的涡旋线建立数学模型,计算单位时间进给的切削层厚度,提出进给率优化方法,并利用Weilenmann方法计算相应的切削力,参照工艺性和经济性的要求、改善现行的涡旋加工工艺。     

涡旋曲面铣削加工工艺改进

涡旋线是一种曲率在时刻变化的复杂曲线,涡旋面铣削加工中,动态前后角、切削层厚度(切深)以及切削力都随之变化,如果切削用量设计不当,将使动态切削状态恶化,严重降低刀具寿命,影响加工效率,这些影响切削性能的因素都与进给量直接有关。当曲率增大,切深加大,动态后角变小,以及切削力增加,这种现象明显地表现在涡旋曲线接近中心的部位,往往导致刀具急剧磨损以致断裂,严重影响生产率。因此涡旋曲面铣削加工进给率计算必须考虑其曲率的变化,但通常是根据经验按曲率的变化分段安排进给率,不是以精确计算为依据。为了改进涡旋曲面铣削加工工艺,本文工作结合涡旋压缩机主体涡旋盘常用的涡旋线建立数学模型,计算单位时间进给的切削层厚度,提出进给率优化方法,并利用Weilenmann方法计算相应的切削力,参照工艺性和经济性的要求、改善现行的涡旋加工工艺。     

3004铝锰合金铸态组织及性能研究

采用SEM,EDS,TEM等试验方法研究了3004铝锰合金的铸态组织及性能.结果表明:细晶铝锭用于熔炼3004铝锰合金时,其铸态综合力学性能与Al-5Ti- 1B中间合金、Al-10Ti中间合金细化的试样差别不大.3004铝锰合金在未均匀化时,其析出相为粗大的骨骼状共晶组织;均匀化后析出相在一定程度上球化,且晶内析出细...     

Analysis on the Wear Performances of Cemented Carbide Tools Containing Ti in the Coatings When Machining Ti-6Al-4V Alloys

含钛涂层硬质合金刀具在加工Ti-6Al-4V合金时的磨损性能分析

孙剑飞1,2,3,杜大喜4,丁梓轩1,王凯1,白大山1,陈五一1,2

（1.北京航空航天大学 机械工程及其自动化学院,北京100191;

2.先进航空发动机协同创新中心,北京100191,中国;

3.北京市高效绿色数控加工工艺与装备工程技术研究中心,北京100191,中国;

4.北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166,中国）

摘要：由于钛元素的高亲和力,在加工钛合金时含钛涂层的硬质合金刀具似乎不是最佳的选择。然而在实践中,含钛涂层硬质合金刀具仍然广泛应用于钛合金的加工。为了系统的解释实践与理论之间的矛盾,进行了切削实验。使用俄歇电镜扫描切削区域来解析钛合金与硬质合金刀具之间的扩散过程。并通过分子热力学模拟Ti/Co扩散行为对这一过程进行仿真。实验和仿真结果表明,Ti/Co原子的相互扩散是导致扩散磨损的主要原因。溶解-扩散磨损是含钛涂层硬质合金刀具的主要磨损机制之一。此外,采用四种硬质合金刀具和另外两种金属陶瓷刀具以不同的速度切削Ti-6Al-4V合金,进一步验证含钛刀具在基体和图层中的高亲和力。实验结果表明,含钛硬质合金刀具一般不能用于钛合金的切削加工,但在合理的切削条件下,刀具与工件的亲和力较低。

关键词：磨损机理;Ti/Co扩散;分子热力学模拟;含钛硬质合金刀具;Ti-6Al-4V钛合金

     

碳纤维复合材料切削加工技术研究进展

碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced composite,CFRP)具有独特的轻质、高强、高硬、耐高温等特性,广泛应用于航空航天领域.然而,随着CFRP由次承力结构件转为主承力结构件,其切削加工问题日益凸显.文中阐述了CFRP切屑形成机制、切削力、切削热、刀具磨损和加工缺陷研究现状,总结了钻削、铣削时的加工参数和刀具参数对切削力、切削热和刀具磨损的影响.剖析了CFRP加工过程中分层、撕裂和毛刺缺陷产生的原因和影响因素,介绍了刀具材料和结构的研究进展.并综述了螺旋铣孔、超声振动辅助加工、以磨代钻制孔等CFRP加工的新工艺特点及应用,同时指出了CFRP切削加工有待进一步解决的问题.     

高速铣削Ti6Al4V刀具磨损的试验研究

针对钛合金Ti6Al4V加工过程中产生的切削热导致刀具的快速磨损这一工艺难题,进行了不同冷却条件下的铣削加工实验。借助扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等分析手段,研究了刀具的磨损形态及磨损机理。研究表明,粘结磨损是加工钛合金过程中刀具的主要磨损形式,切削液的使用并不一定提高刀具寿命,而机床的稳定性能对刀具磨损有较大影响。     

镍基粉末高温合金的铣削加工

为了研究镍基粉末高温合金的切削加工性,用整体硬质合金TiC涂层和未涂层立铣刀对镍基粉末高温合金FGH95进行铣削试验.通过研究铣削力、铣削温度与铣削用量之间的关系,分析硬质合金刀具的磨损、破损机理,观察其切屑形态,得出了镍基粉末高温合金FGH95的铣削力和铣削温度经验公式.试验表明：硬质合金涂层刀具加工镍基粉末高温合金FGH95的性能要明显优于未涂层刀具,未涂层刀具的崩刃现象严重,涂层刀具最佳铣削速度为40m/min,铣削速度对铣削温度的影响最大,并且随着铣削速度的提高形成了锯齿状切屑.     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

基于最小表面磨损率的铁基高温合金车削加工研究

根据最小表面磨损率理论,使用涂层硬质合金刀具对铁基高温合金GH2132进行了干式车削试验。采用单因素法优选切削参数,建立了最小表面磨损率条件下切削力、切削温度及表面粗糙度与切削用量之间的关系,借助电子扫描显微镜(SEM)对试验中产生的加工现象和刀具磨损机理进行了阐述。试验结果表明:刀具在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,切削速度v=90 m/min条件下切削时,刀具磨损强度最低,消耗最少,切削路程最长,加工精度最高;刀具的磨损机理前期以涂层剥落为主,后期主要表现为疲劳引起的切削刃崩刃。     

涂层刀具高速铣削高温合金GH2132磨损形态及磨损机理

用2种硬质合金涂层刀具进行铁基高温合金GH2132的高速干铣削试验,采用电子扫描显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:刀具的磨损形态主要是后刀面磨损;KC725M涂层由TiN、TiAlN组成,涂层易剥落;KC525M涂层只有1层TiAlN,涂层不易脱落,但由于机械冲击产生沟槽磨损,形成应力集中,导致在切削刃处产生较大的磨损;不论KC525M还是KC725M,涂层剥落后,切削区产生的瞬时高温均使基体中粘结相发生软化,造成硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损.研究结果可用于指导高速切削刀具材料的设计、合理选用及刀具磨损控制.     

PCBN刀具加工TC4钛合金的切削加工性

摘要：针对聚晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride, PCBN）刀具材料和钛合金Ti-6Al-4V（TC4）工件材料的特点,采用单因素试验法对切削力和已加工表面粗糙度进行研究;通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察和能量分散光谱（energy dispersive analysis system,EDS）扫描分析,对PCBN高速切削钛合金TC4时的刀具损坏形态和损坏机理进行研究;采用对角正交回归试验法,求得PCBN刀具切削钛合金时的刀具寿命经验公式,并分析切削用量对刀具寿命的影响. 研究表明：PCBN高速切削钛合金时,粘结磨损、扩散磨损和脆性磨损是其主要损坏机理,在高切削速度、低进给量、低切削深度下PCBN刀具加工钛合金时的切削加工性最好,因此PCBN适用于钛合金的精加工.