Al2O3基陶瓷刀具车削300M超高强度钢的刀具寿命研究

采用对角正交回归试验法,求得Al2O3基陶瓷刀具切削300M超高强度钢的刀具寿命经验公式,并分析了切削用量对刀具寿命的影响.通过扫描电子显微镜的观察和能谱分析仪的分析,对Al2O3基陶瓷刀具的损坏形态和磨损机理进行了研究.研究表明:Al2O3基陶瓷刀具车削300M超高强度钢时,粘结磨损和磨粒磨损是主要的磨损机理;合理的切削参数为:切削速度200～300 m/min、切削深度0.1～0.15 mm、进给量0.05～0.1 mm/r.     

355nm紫外激光加工Al_2O_3陶瓷的温度场和应力场仿真分析

针对紫外激光加工Al2O3陶瓷时热影响区大小与材料表面微裂纹的产生情况开展了研究,并基于固体热传导理论,对355nm紫外激光加工Al2O3陶瓷的温度场和应力场进行了ANSYS仿真分析,得到了激光加工Al2O3陶瓷过程中不同深度材料的温度与热应力随时间的变化规律,以及同一时刻不同深度材料的温度与热应力的变化规律。通过355nm紫外激光加工Al2O3陶瓷实验的实验研究,最终得出紫外激光加工Al2O3陶瓷时可以获得热影响区域较小和微裂纹较少的表面,有利于Al2O3陶瓷的表面抛光。     

Al_2O_3-20%TiB_2/Al_2O_3-20%TiC对称型叠层陶瓷刀具的切削性能

以Al2O3为基体,以TiB2和TiC为增强相,通过粉末叠层以及热压烧结工艺制备了Al2O3-20%TiB2/Al2O3-20%TiC对称型叠层陶瓷刀具材料,对其抗弯强度与断裂韧度进行了测试,采用该材料刀具对淬火45钢进行高速切削试验,并与Al2O3-20%TiC陶瓷刀具的切削性能进行了对比。结果表明:对称型叠层陶瓷刀具材料的抗弯强度和断裂韧度分别为651 MPa和4.59 MPa·m1/2,比Al2O3-20%TiC陶瓷的分别提高了11 MPa和0.59 MPa·m1/2;对称型叠层陶瓷刀具的切削力和磨损均较小,切削性能明显优于Al2O3-20%TiC陶瓷刀具的。     

淬硬钢GCr15高速切削仿真对比分析

针对淬硬钢GCr15难切削问题,应用专业仿真切削软件对比模拟分析了PCBN和Al2O3(3Y)两种刀具二维切削状态下的切削性能。在相同的刀具几何参数和干式切削加工条件下,两种刀具的X向切削力基本相同,Al2O3(3Y)刀具的Y向切削力较大,切削力波动情况明显大于PCBN刀具,刀头等效应力最大值分布范围较大,且主要集中在刀具的后刀面靠近主切削刃处。Al2O3(3Y)刀具切削温度明显高于PCBN刀具,高温分布区域较大且主要集中在前刀面靠近切削刃处。研究结果表明,PCBN刀具与Al2O3(3Y)刀具相比,更适合淬硬轴承钢GCr15的干式切削加工。     

Al2O3基纳米复合陶瓷刀具切削不锈钢的实验研究

实验研究了Al2O3基纳米复合陶瓷刀具ASs与LTN连续干切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti时的切削性能。结果表明,在相对较高的切削速度下,两种刀具表现出较好的切削性能,其中ASs刀具的主要磨损机制是粘结磨损和微崩刃,而LTN刀具则主要是粘着剥落;在相对低速下切削时,两种刀具都发生粘结破损失效。     

不同Al2O3含量ZrO2(3Y)/Al2O3纳米复合粉体的制备与表征

采用化学共沉淀法制备了Al2O3数量分数为0%～30%的ZrO2(3Y)/Al2O3纳米复合粉体,研究了Al2O3含量和煅烧温度对粉体相结构、晶粒尺寸和晶格畸变的影响.结果表明800℃×2 h煅烧的复合粉体只出现t-ZrO2相,不出现Al2O3的任何晶相;Al2O3的添加抑制了ZrO2(3Y)晶粒的增长和四方相向单斜相的结构相变,使相变温度显著提高,晶格畸变增大.     

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。     

PCD刀具加工Al2O3颗粒耐磨层的应力分布有限元分析

采用有限元法分析了聚晶金刚石(PCD)刀具加工强化复合地板Al2O3颗粒耐磨层的应力分布状态.同时,采用接触分析方法,研究单颗Al2O3颗粒同PCD表面接触的力学状态.结果表明:PCD刀具前、后刀面应力分布呈不均匀状态,等效应力的最大值发生在靠近切削耐磨层的前刀面区域内.同时,接触应力分布随着PCD中单晶金刚石颗粒的晶粒尺寸呈显著变化.     

Al2O3基陶瓷刀具干切削淬硬钢H13时的加工表面质量研究

试验研究了不同速度下Al_2O_3/(W,Ti) C陶瓷刀具的磨损寿命以及不同后刀面磨损量时对应的切削温度,不同切削速度时刀具后刀面磨损量对表面粗糙度、表面残余应力以及加工硬化等表面完整性的影响规律及机制。结果表明:随着切削速度提高,工件已加工表面粗糙度减小;随着陶瓷刀具后刀面磨损量增加,表面粗糙度先减小后增大;已加工表面的残余压应力随切削速度增大而逐渐减小;表面残余应力随后刀面磨损量增大从残余压应力向残余拉应力转变;随着切削速度的提高,工件表面加工硬化逐渐降低;已加工表面显微硬度值和硬化层深度随后刀面磨损量增加而增大。     

PCD刀具加工Al2O3颗粒耐磨层的应力分布有限面分析

采用有限元法分析了聚晶金刚石（PCD）刀具加工强化复合地板Al2O3颗粒耐磨层的应力分布状态。同时，采用接触分析方法，研究单颗Al2O3颗粒同PCD表面接触的力学状态。结果表明：PCD刀具前、后刀面应力分布呈不均匀状态，等效应力的最大值发生在靠近切削耐磨层的前刀面区域内。同时，接触应力分布随着PCD中单晶金刚石颗粒的晶粒尺寸呈显著变化。     

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。     

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.     

Al_2O_3-TiC复相陶瓷刀具干切削高强度钢40CrNiMoA的试验研究

用Al2O3-TiC复相陶瓷刀具对高强度钢40CrNiMoA进行了干车削试验,研究分析了精加工条件下不同切削用量对切削力、工件表面质量以及切屑形态和刀具磨损的影响。结果表明用Al2O3-TiC复相陶瓷刀具在较高速度下干车削40CrNiMoA时可获得良好的表面加工质量,并且刀具磨损量较小,可满足40CrNiMoA精加工的要求。     

考虑材料与摩擦特性的切削温度场仿真与试验

基于刀具和工件材料特性、切屑变形模型、氧化试验和摩擦磨损等试验获得的相关数据,采用更新拉格朗日算法和局部网格重划分技术,建立更符合实际情况的切削有限元模型.借助有限元计算软件模拟出Al2O3/ZrB2/ZrO2陶瓷刀具切削45钢的过程中温度场变化规律,得到切削加工的合理用量(切削速度为200～280 m·min–1,切削深度为0.1～0.3 mm).通过相关切削试验对模拟进行验证.结果表明,模拟结果与试验数据基本吻合,在高速下吻合更好.此类数值模拟方法可以为研制新的陶瓷刀具材料及切削用量的选择提供相关理论依据,降低试验成本.     

Al2O3-TiB2-ZrO2三元复合陶瓷刀具的性能研究

对Al2O3-TiB2-ZrO2三元复合陶瓷刀具的力学性能,连续切削工况下的磨损特性和断续切削工况下的抗冲击磨损特性进行了试验研究,结果表明,用TiB2,ZrO2复合强化Al2O3陶瓷材料可进一步提高刀具的韧性和强度,而硬度无明显下降,从而可获得良好的综合力学性能和耐磨性能。     

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。     

ZrO_2含量对超重力下燃烧合成快速凝固Al_2O_3/ZrO_2(4Y)复合陶瓷的影响

采用超重力下燃烧合成技术,以快速凝固方式制备了Al2O3/ZrO2(4Y)复合陶瓷,用XRD、SEM与EDS等研究了ZrO2含量对复合陶瓷显微结构和性能的影响。结果表明:当复合陶瓷中ZrO2质量分数在34.1%~46.4%时,复合陶瓷的显微结构主要为棒晶;当质量分数为49.6%~53.7%时,其显微结构主要为形状不规则的ZrO2球晶;随着ZrO2含量的增加,复合陶瓷的相对密度逐渐降低(最高可达94.3%),而硬度和断裂韧度均呈先增高后降低的趋势,当ZrO2质量分数为42.6%时,硬度和断裂韧度均达到最高值,分别为13.1 GPa和13.5 MPa.m1/2。     

新型Al_2O_3基陶瓷刀具材料加工淬硬40Cr的切削行为

采用自主研制的两种新型Al_2O_3基微米复合陶瓷刀具AC2N和纳微米陶瓷刀具AC2Nn2切削淬硬40Cr合金钢,以LT55为对比刀具,选用不同的切削速度和不同进给量进行干式连续切削,研究了两种新型Al_2O_3基复合陶瓷刀具的切削行为。结果表明:在加工淬硬40Cr的试验中,新型Al_2O_3基陶瓷刀具的切削性能和抗磨损性能优于LT55;微米陶瓷刀具AC2N适合在小进给量条件下加工淬硬40Cr,纳微米陶瓷刀具AC2Nn2适合在高速、大进给量条件下加工淬硬40Cr。在v=260m/min、f=0.12mm/r、a_p=0.1mm的试验条件下,AC2N陶瓷刀具的磨损形貌以磨粒磨损和扩散磨损为主,AC2Nn2陶瓷刀具的磨损形貌以磨粒磨损和氧化磨损为主。     

基于Deform-3D的共轨喷油器体深孔钻削温度场仿真

因为枪钻加工中无法实时监测加工刀具的状态和加工工件的质量,所以用三维软件UG构建枪钻的立体模型,采用Deform-3D有限元分析软件对高压共轨喷油器体深孔钻削过程进行仿真计算,获取切削温度场的分布数据。通过钻削加工仿真实验,研究了不同钻削参数对切削温度的影响规律。仿真结果表明,随着钻入深度的增加,枪钻钻头的温度也迅速增大,并且最后逐渐稳定;进给量、切削速度都与切削温度成正比。     

Al2O3颗粒增强铝基复合材料激光加热辅助切削的切削特性

利用YAG激光对Al2O3颗粒增强铝基复合材料加热，进行车削试验，通过对切削过程中的三向切削力、刀具磨损、切削表面参与应力及表面组织成分的分析，利用组织错配理论建立了颗粒增强金属基复合材料切削的物理模型，阐述了颗粒增强铝基复合材料激光加热辅助切削的内部作用机理，利用物理模型解释了复合材料激光加热辅助切削过程中切削力下降，刀具磨损降低，表面机械性能提高的主要原因。