液氮低温铣削GH4169合金时涂层刀具表面完整性及磨损研究

高速切削过程中,刀具表面完整性的变化与刀具磨损具有紧密联系,采用PVD-TiN/TiAlN硬质合金涂层刀具进行液氮低温铣削GH4169合金试验,研究不同喷射温度时刀具的表面完整性(包括表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力)及其与刀具磨损的关系。结果表明,在刀具磨损影响下,涂层刀具表面粗糙度变化趋势一致,刀具表面显微硬度与表面残余应力随刀具后刀面磨损量的增加先增大后减小;与喷射温度为-30℃相比,喷射温度为-90℃时涂层刀具的表面显微硬度与表面残余压应力更大,在铣削过程中更快达到最大值。喷射温度为-90℃时涂层刀具的表面完整性得到提升,刀具耐磨性提高,稳定磨损阶段持续时间延长,刀具寿命显著提升。     

清洁切削高温合金涂层刀具切削性能及加工表面完整性

针对高温合金高速干切削刀具磨损严重、加工表面质量差等突出问题,基于清洁切削技术,采用硬质合金涂层刀具进行高速铣削高温合金GH2132试验,研究干式切削、液氮不同喷射温度对涂层刀具切削性能以及加工表面完整性的影响规律,探究运用清洁切削高温合金来延长涂层刀具寿命和提高加工表面质量的可行性。研究表明：液氮低温切削GH2132时的切削合力随喷射温度的降低而增大,切削区温度在-150～-190℃喷射时已完全处于低温状态;随着液氮喷射温度的降低,刀具涂层剥落面积明显减小,且降低了黏结磨损和氧化磨损,在-150℃喷射条件下可获得较长的刀具寿命;加工表面粗糙度S_a在-30～-150℃喷射条件下获得较小值,随喷射温度的降低,加工硬化和残余拉应力分别增大和减小;与干式切削相比,液氮切削喷射温度在-150～-190℃下可显著延长涂层刀具寿命并提高加工表面质量。     

金刚石涂层刀具在干式切削中的性能分析

介绍了干式切削加工技术的优点及发展趋势,分析了干式切削刀具技术及金刚石涂层刀具的性能特点.通过铝硅合金的干式切削试验,研究了金刚石涂层刀具的干式切削加工特性.经试验表明,金刚石涂层刀具正常磨损阶段,工件表面粗糙度非常稳定;刀具损坏以涂层脱落为主,刀具寿命取决于涂层与机体的结合强度;进给量对工件表面粗糙度影响最大,如果进给量合适,可以保证金刚石涂层刀具在高速下具有良好的干式切削性能.     

表面处理对TiAlSiN涂层刀具表面完整性及切削性能的影响研究

涂层刀具在高速干切削钛合金时容易出现刀具磨损严重、刀具寿命短等问题,对涂层刀具进行表面处理能改善涂层刀具的表面完整性,是提高涂层刀具耐磨性和切削寿命的有效途径。选取TiAlSiN涂层刀具,分别进行深冷处理、微喷砂处理和深冷+微喷砂处理,研究不同处理方法对涂层刀具表面完整性(包括表面形貌、表面粗糙度、显微硬度和表面残余应力等)的影响,并进行钛合金高速干切削试验,分析不同处理方法对涂层刀具切削性能的影响,探究提高涂层刀具耐磨性和切削寿命的方法。结果表明：与单一深冷处理和微喷砂处理相比,深冷+微喷砂处理后涂层刀具表面完整性明显改善,刀具寿命显著提高。深冷+微喷砂处理能减少刀具崩刃、月牙洼磨损和磨粒磨损,有效提高涂层刀具耐磨性。     

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。     

微喷砂处理对AlTiN涂层刀具表面性能的影响研究

涂层刀具以其自身的优势广泛应用于制造业中,而表面处理能够提高刀具表面性能;其中,微喷砂处理技术能够实现刀具性能的提升。选取Al_2O_3、ZrO_2两种喷料针对AlTiN涂层刀具进行微喷砂试验,探究微喷砂对AlTiN涂层刀具表面形貌、表面粗糙度以及残余压应力的影响;研究表明:喷砂时间过长或喷砂压强过大会冲蚀掉部分AlTiN涂层,影响刀具切削性能,增大表面粗糙度值;而合适的喷砂参数(喷料种类、喷砂时间和喷砂压强)能够减小表面粗糙度值并且增加表面残余压应力。该研究能够为微喷砂的参数设定提供指导性意见,有助于推动涂层刀具表面处理技术的发展。     

深冷处理对PCBN刀具切削性能的影响研究

针对PCBN刀具在硬切削加工中磨损严重、切削寿命短的问题,开展了PCBN刀具深冷处理试验和经深冷处理的PCBN刀具高速硬车削AISI 4340钢的试验,研究深冷处理对PCBN刀具表面完整性(包括微观形貌、粗糙度、显微硬度和残余应力)及切削性能的影响规律,探究提高PCBN刀具耐磨性和刀具寿命的方法。研究结果表明,经过深冷处理之后,刀具表面缩松缩孔等缺陷明显减少甚至消失,表面形貌得到改善,但刀具表面粗糙度增大;刀具表面显微硬度、残余应力均得到提高;表面形貌和表面残余应力对刀具寿命影响较大,其次是表面显微硬度,表面粗糙度对刀具寿命影响较小。深冷处理后,刀具黏结、氧化磨损减少,刀具寿命较未处理刀具提高24.78%,可见,深冷处理可有效改善PCBN刀具表面完整性,从而提高刀具寿命。     

切削Inconel718表面粗糙度的试验研究

利用涂层硬质合金刀具对Inconel 718进行了高速切削试验,对不同切削参数下刀具的切削用量及刀具磨损对工件表面粗糙度的影响进行了研究。分析结果表明进给量对已加工表面的粗糙度影响最大,切削深度次之,切削速度最小;刀具进入正常磨损阶段后,表面粗糙度减小,处于最佳的切削状态。     

刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响

粉末冶金高温合金FGH96的切削加工性极差,加工过程中刀具磨损严重,直接影响零件的加工表面质量和疲劳寿命。采用涂层刀具车削FGH96试件,研究刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响规律。结果表明,随着刀具磨损量(刀具后刀面磨损量)的增加,试件表面粗糙度Ra会随之增大,加工表面显微硬度则逐渐减小;加工表面残余应力均表现为残余压应力状态,且残余应力绝对值随着刀具磨损量的增加而增大;加工表面塑性变形层深度则随着刀具磨损量的增加而加深。同时,当刀具磨损量VB≤0.15 mm时,在试件表面完整性的综合影响下,试件的疲劳寿命下降幅度较小;当刀具磨损量VB>0.15 mm后,试件的疲劳寿命则急剧下降;因此,为保证FGH96试件车削加工后的疲劳寿命,车削刀具的磨损量VB应控制在0.15 mm以内。     

微喷砂后处理工艺对涂层刀具性能的影响规律

涂层刀具广泛用于切削加工,对涂层刀具进行后处理可进一步提高其切削性能。微喷砂是一种有效提高机械零件性能的手段,可作为涂层刀具后处理工艺。介绍了微喷砂后处理工艺的基本原理、分类和工艺参数,从涂层形貌、力学性能以及刀具磨损三个方面综述微喷砂后处理工艺对涂层刀具性能的影响,对比分析喷砂与喷丸、干式微喷砂与湿式微喷砂对涂层刀具性能的影响。微喷砂能够改善涂层表面粗糙度,提高涂层表层硬度,使涂层表层产生残余压应力,显著提高涂层刀具寿命。     

高效铣削天然理石时TiCN/Al_2O_3涂层硬质合金刀具的磨损机制研究

采用TiCN/Al_2O_3涂层球头铣刀对天然理石进行高效铣削试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层刀具的表面磨损形貌并基于能谱检测(EDS)分析刀具表面元素组成,并探讨刀具的磨损机制。研究结果表明,刀具磨损包括黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损;涂层刀具开始切削时,刀具后刀面出现粘结物和擦伤,在断续切削冲击的作用下造成后刀具材料的剥落;切削线速度较低时,切削系统振动增强,疲劳裂纹在基体内部的扩展降低了刀具基体强度,极易导致较大面积凿削式磨粒磨损,当切削线速度增大时,稳定阶段的磨损形式由凿削式磨粒磨损转变为擦伤式磨粒磨损,刀具磨损减轻;微振磨损的综合作用加剧了涂层刀具磨损,破坏涂层刀具的切削性能。     

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。     

氮硅涂层陶瓷刀具切削铸铁磨损机理研究

为研究氮硅涂层陶瓷刀具切削性能及磨损机理,采用物理气相沉积(PVD)工艺分别在氮化硅刀具表面沉积TiAlN和CrAlN涂层,利用切削灰铸铁HT200实验对刀具寿命和磨损机理进行了系统研究,探讨不同切削深度、进给率、切削速度下刀具的磨损情况.着重关注陶瓷涂层车削铸铁的最佳切削速度,分析了不同切削速度下刀具的切削性能.结果...     

硬质合金刀具高能离子源增强多弧镀AlCrTiSiN梯度涂层制备及性能研究

采用离子源增强的多弧离子镀新技术,在硬质合金刀具表面制备了不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN梯度涂层,并对涂层组织结构、残余应力、结合强度、摩擦磨损以及铣削和钻削加工灰铸铁性能进行了详细的研究。结果表明：不同含Si层梯度结构的AlCrTiSiN涂层主要由固溶的(Al,Cr) N、(Al,Ti) N相和非晶态Si₃N₄相组成。其中,含Si层梯度变化最缓和的G3(Gradient 3)涂层具有较高的结合强度,较低的残余压应力、摩擦因数和磨损率。铣削和钻削试验显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘着磨损。G3涂层降低了磨粒磨损,其刀具的铣削和钻削寿命均最高,这主要得益于其含Si层的梯度设计、适当的压应力(-3.8 GPa)以及良好的膜基结合强度。研究结果表明,通过对含Si层进行梯度设计可显著提高涂层刀具的切削性能。     

MoS2／Zr复合涂层高速钢刀具的切削性能研究

采用中频磁控溅射和多弧离子镀相结合的工艺在M2高速钢麻花钻表面沉积制备了MoS2/Zr复合涂层,考察了复合涂层的表面形貌及力学性能,在干式切削条件下研究了复合涂层刀具钻削45钢的切削性能.结果表明,与纯MoS2 涂层相比,MoS2/Zr 复合涂层的硬度显著提高,与无涂层高速钢刀具相比,MoS2/Zr复合涂层刀具的切削能力提高了约4倍.复合涂层的存在使得刀具主切削刃的后刀面磨损量明显减小,刀具的黏结磨损和磨粒磨损程度显著降低.MoS2/Zr复合涂层刀具后刀面和横刃的磨损形式主要为涂层的分层剥落,同时伴随有一定程度的黏结磨损和磨粒磨损.     

硬质合金铣刀涂层性能的试验研究

针对涂层材料改善刀具切削性能这一问题,本文采用常速试验和高速试验的方法,对比分析了七种涂层材料对铣刀切削性能的改善程度。试验结果表明:涂层性能优越与否与切削速度有很大关系,AlCrN和TiAlCN涂层铣刀更适合高速切削;而AlTiN涂层铣刀不适合高速切削;TiN涂层铣刀无论在常速和高速切削时性能均表现不佳,高速切削时磨损相对更快;CrN+TiN复合涂层抗氧化能力较好,但抗磨能力相对较差。     

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.     

Cu-Ni-Sn合金精加工表面残余应力有限元仿真研究

为研究Cu-Ni-Sn合金精加工后表面残余应力层深分布及大小,根据室温和高温下Cu-Ni-Sn合金流动应力—应变曲线数据,构建了试验条件下Cu-Ni-Sn合金的J-C本构模型,采用有限元分析法研究了切削参数和刀具几何角度对Cu-Ni-Sn合金加工表面残余应力的影响规律,并采用正交试验法和极差分析法对表面残余应力进行了优化分析。分析结果表明：Cu-Ni-Sn合金精车加工后,表层残余应力呈现“勺型”分布,表层残余拉应力沿深度方向转变为压应力;表层最大残余拉应力和最大残余压应力与切削速度和切削深度呈正相关,最大残余拉应力随刀具前角增大而减小;表层残余拉应力与最大残余压应力随刀具后角的增大而减小;采用正交试验法和极差分析法得到对表层最大残余拉应力的影响显著性排序为切削速度>刀具前角>刀具后角>切削深度。     

微波等离子体刻蚀脱碳预处理对金刚石涂层刀具附着力和切削性能的影响

用EACVD法在硬质合金(YG6)刀具上沉积金刚石涂层;用氢微波等离子体刻蚀的方法对基底进行表面预处理,以期提高金刚石涂层的附着力和涂层刀具的切削性能;附着力采用压痕法计算测定,切削性能通过对碳化硅增强铝基复合材料的切削试验测定;用X射线应力仪测试了涂层残余应力,并就不同预处理对性能的影响进行了分析和讨论.     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。