选用最佳硬质合金进行难加工材料的高效切削

在工业生产中,各种机械零件、部件采用高强度钢、淬火钢、耐热铁、高温合金、高硬铸铁、钛合金等材料日益增多。加工这些材料,刀具不仅磨损快而且易打刀,切削效率很低,因此这些材料被称为难加工材料。研究这些材料的加工性,发展新型刀具材料,合理选取切削用量,提高这些难加工材料的切削效率有重大现实意义。近年来自贡和株州硬质合金厂等发展了多种新牌号的硬质合金并已在生产中推广使用。用硬质合金加工钢时,低速切削时刀具的磨损是以磨料磨损和粘结磨损为主;而在高速切削时刀具以扩散磨损和氧化磨损为主,还会     

基于刚粘塑性变分原理的金属切削过程数值模拟

为了研究切削过程中的切削力和切削温度的分布和刀具磨损,优化高速切削参数,基于刚粘塑性有限元方法,采用有限元计算软件建立适于金属切削过程的三维有限元模型。模拟了45号钢的切削加工过程。主要研究了切屑的形成过程、切削力、温度场的分布以及切削应力的分布。详细分析了切削速度、进给量以及切削深度对切削力、刀尖温度以及刀具磨损的影响。该研究为金属切削加工选择合理的加工参数提供了理论依据。     

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。     

基于夹丝热电偶法的高速切削温度测量

切削温度与刀具磨损、工件加工表面质量及加工精度密切相关，用红外辐射、超热辐射等非接触式的测温方法只可以实现局部切削温度的间接测量。文章设计一种利用夹丝热电偶实现高速切削过程瞬时切削温度测量的直接接触式计算机辅助测温系统，该系统利用PCI-1200卡采集热电偶测温装置传输的数据，通过Labview软件分析处理，具有显示温度波形曲线、标定热电偶曲线能力。最后通过高速切削淬硬钢试验测量了刀具／工件界面的瞬时温度，定性分析了切削速度、刀具磨损、加工参数对切削温度影响的变化规律。     

高速切削钛合金的涂层硬质合金刀具粘结磨损

针对粘结磨损对涂层硬质合金刀具使用寿命的影响问题,为了优化刀具涂层材料,降低刀具磨损率,基于热力学理论,计算了硬质合金刀具涂层材料的焓值,分析了涂层材料的耐磨性,研究了涂层硬质合金刀具粘结磨损规律。通过涂层硬质合金刀具切削加工钛合金的实验,使用EDS分析仪和白光干涉仪分别对涂层硬质合金刀具切削加工后的元素能谱和表面形貌进行了分析。结果表明:采用热力学理论分析方法可以获得较好的粘结磨损预测精度,高速切削时刀具磨损区域发生了粘结磨损,磨损原因与元素扩散密切相关;粘结磨损主要发生在中速切削时;随着切削速度的提升,粘结磨损率先增加后降低。所得结论将为优化切削参数、提高刀具寿命提供有益的参考。     

数控车削加工仿真系统的开发

以实训数控机床为例进行了数控车削仿真系统的开发与研究,在设计了整体结构框架后,给出了主要功能实现的设计思路与方法,并最终实现了切削加工的动态显示。设计中为克服切削仿真中的图像闪烁问题,主要从虚拟环境的建立、刀具切削点数据的处理、切削材料模型建立及动态显示几方面来力图减少数据量,实践中证明在保证仿真真实感程度下,图像显示的平滑性得到较大改善。     

WC-Co硬质合金刀具材料与钛合金化学匹配性研究

为对硬质合金刀具-钛合金工件材料在切削加工过程中的化学反应情况作出准确判断,采用化学热力学研究了切削过程中化学变化所伴随着的能量变化。本文通过化学热力学原理对WC-Co硬质合金刀具材料与钛合金Ti-6Al-4V的化学匹配性进行了计算,分析判断刀具材料与钛合金材料成分发生化学反应的可能性以及其反应的剧烈程度。研究表明,钛合金化学活性较强,高温下很容易与刀具材料发生反应,且温度越高,反应越剧烈。刀具材料和工件材料化学匹配性研究是切削加工特别是高速切削时刀具材料选择和保护以及刀具磨损机理分析的前提,可为加工钛合金的硬质合金刀具高速切削性能研究提供理论指导和依据。     

铝合金高速切削刀具磨损研究进展

由于铝合金高速切削过程中切削温度高,导致刀具严重磨损,降低了刀具寿命和零件加工精度,因此准确预测刀具磨损和分析刀具磨损规律至关重要。分别从刀具寿命模型和刀具磨损速率模型概述刀具磨损理论模型研究进展,基于切削用量、刀具性质和冷却方式分析刀具磨损规律。从已有研究来看,在铝合金高速切削过程中刀具磨损随切削速度和进给量增大而增大,切削深度无明显规律;常见刀具磨损有黏结磨损、磨粒磨损和扩散磨损,其中黏结磨损为主要刀具磨损机制。     

流动应力模型对刀具温度有限元分析的影响

正交切削有限元分析过程中,被加工工件的流动应力数据是影响结果的重要参数.通过对AISI一1045材料高速切削加工过程进行有限元建模与计算,比较三种典型流动应力模型即Johnson-Cook、Oxley和Zerilli-Armstrong模型对切削过程仿真以及切削区域尤其是刀具温度分析所产生的影响,发现三种模型所得到切屑成形过程不同,尽管温度分布和变化的基本规律一致,但相同加工条件下具体温度数值相差很大.     

基于Fitnet的刀具磨损量预测方法研究

针对切削难加工材料时刀具磨损对加工质量的影响,通过实验研究PCBN刀具切削硬质合金YG10材料的刀具磨损机制,在一定的切削参数条件下,利用Fitnet神经网络预测刀具磨损规律,获得较好的磨损量预测精度,为刀具加工补偿提供了理论依据。     

模具高速切削刀具技术研究概况

系统地介绍了模具高速切削刀具技术在各个领域的发展现状，包括：刀具材料、刀具磨损、刀具动平衡、刀具与机床的连接、刀具的可靠性、刀具的监测技术和刀具的几何参数。指出发展模具高速切削刀具技术，要从以下几个方面展开工作：研制和开发新的刀具材料，同时进行PCBN刀具切削性能的研究，推广其应用范围；进行模具高速切削刀具磨损机理的研究，进一步提高刀具寿命；做好刀具的动平衡，防止刀具的破损，保证工作人员的安全；进一步加强刀具监测技术的研究，以获得良好的加工质量；建立模具高速切削数据库，以便有效地利用刀具，提高刀具的寿命；大力推进有限元模拟技术在高速切削刀具技术中的应用。     

高速切削刀具系统的研究与试验分析

通过高速切削试验对切削刀具系统进行研究,特别是对刀具寿命和刀具动平衡的影响因素进行分析,得到切削速度、进给量等对刀具磨损的影响规律曲线以及基于切削用量的刀具耐用度数学预测模型,试验所得数据为高速切削加工切削用量的合理选择,特别是加工参数的优化问题提供了参考。     

不同磨损量PCBN刀具椭圆振动车削仿真研究

通过改变刀具磨损量建立具有不同磨损状态的PCBN刀具切削镍基高温合金Inconel 718的仿真模型,设置边界散热条件模拟浇注式切削液冷却环境,分别进行椭圆振动切削仿真和普通切削仿真。研究了具有不同磨损量的PCBN刀具对椭圆振动切削过程中切削力、切削温度、切屑形态的影响规律,并与普通切削进行对比。结果表明:在刀具磨损量相同的情况下,椭圆振动切削的切削力、切削温度的曲线斜率是大于0并且小于普通切削的,而切削力、切削温度是影响刀具使用寿命的重要因素,因此相比于普通切削,椭圆振动切削的刀具寿命更长;椭圆振动切削所形成的切屑弯曲半径比普通切削小,有利于断屑。此外该研究结果数据也可以为椭圆振动切削加工Inconel 718过程中PCBN刀具磨损的实时监测提供依据。     

刀具材料与工件材料的元素扩散检测研究

高速切削加工已经成为切削加工的主流,但在高速切削加工时,刀具的扩散磨损加剧.由于在实际加工中很难对刀具的扩散磨损进行深入研究,文章采用刀具材料与工件的静态扩散实验装置,利用带能谱分析的扫描电子显微镜,对刀具材料(YG6)和钛合金工件(Ti-6Al-4V)的静态扩散试样进行了分析.分析表明,YG6和Ti-6Al-4V之间确实可以发生元素的相互扩散.分析的结果可以对切削加工过程中刀具的扩散磨损研究提供帮助.     

切削条件对淬硬钢已加工表面白层形成的影响

高速切削淬硬钢已加工表面存在白层,对工件使用性能具有很大的影响,研究已加工表面白层对改善工件表面质量和切削加工性具有重要意义。通过使用PCBN刀具高速干硬切削GCr15钢和40Cr Ni Mo A钢实验,分析了高速干硬切削过程中已加工表面产生白层的条件,研究了切削速度、后刀面磨损量等切削参数以及材料含碳量对白层厚度的影响规律。研究表明:已加工表面白层厚度随切削速度提高呈现先增加后减小趋势,随刀具磨损量增加而增大;随着工件材料含碳量增加,白层厚度增大。     

数控切削过程仿真系统的研究

针对数控加工三维仿真系统的开发,研究了系统的构成,加工过程仿真,三维几何模型的构建、运动轨迹的确定、仿真过程的实时动态显示以及仿真真实感实现的具体方法.根据数控车削加工的特点,提出了一个基于构造单元的工件分解表达模型,利用此模型与刀具实体模型做布尔减运算,来实时模拟工件材料的去除加工过程及验证加工结果;采用三维图形接口标准OpenGL和Visual C 结合作为工具,处理有关计算和图形算法,以获得理想的真实感效果和仿真速度.在此基础上,根据再生性切削力是切屑厚度函数的原理,提取几何仿真中的切削层参数,并将其应用于切削力计算和加工参数优化中,建立起集成CAD/CAM的几何仿真和物理仿真系统.     

基于FEM的纳米TiN改性金属陶瓷刀具的切削性能研究

文章以纳米TiN改性金属陶瓷刀具作为研究对象.基于大变形-大应变、增量理论及拉格朗日算法,建立了Cockcroft&Latham断裂分离及磨损准则的有限元模型,并对AISI1045钢进行切削加工模拟.改变刀具角度,得到不同角度纳米TiN改性金属陶瓷刀具切削过程中的主切削力、温度及后刀面磨损变化曲线,模拟结果与相关切削理论比较吻合.结合刀具磨损SEM形貌,简要分析了此刀具磨损机理.文章的研究能够为后期新型刀具材料的研究开辟了新路径,以期到达缩短研制周期,降低成本的目的.     

基于ABAQUS有限元仿真的硬质合金刀具磨损机制研究

钛合金在切削过程中会产生严重的加工硬化现象,导致切削性下降、刀具磨损加剧,直接影响工件的加工质量。为研究钛合金切削性能和刀具磨损机制,利用ABAQUS软件建立了钛合金的有限元模型,对其切削过程进行仿真分析,研究硬质合金刀具磨损机制;设计Ti6Al4V钛合金车削实验,研究不同加工参数对刀具磨损程度的影响规律。研究结果表明:在切削钛合金时,刀具的磨损主要发生在刀尖和后刀面位置,刀具的磨损长度随车削速度的增加而变大,随车削深度的增加而减小,随进给量的增加呈现出先减小后变大的情况,实验和仿真结果趋于一致,平均误差在6%以内。     

数控机床切削刀具的耐磨性能研究

为了提高数控机床切削刀具的耐磨性,对数控机床切削刀具车削加工300M钢的磨损过程和磨损特征进行了观察和研究。结果表明,数控机床PCBN刀具随着切削时间的延长,磨损量呈现单调递增的趋势,整个切削过程中没有发生大块崩刃的现象;在正常磨损情况下,随着切削时间的延长,发生在数控机床切削刀具上的磨损主要为磨粒磨损,此外还有粘结磨损和氧化磨损特征。     

金刚石涂层刀具铣削氧化锆义齿性能研究

氧化锆陶瓷义齿不论从材料的切削加工性,还是从义齿的结构特点上,对刀具的切削性能及寿命都有极高的要求。本文先对立铣刀加工预烧结氧化锆义齿的特点进行分析,得出义齿在加工中的失效主要是由切削冲击、过切和欠切引起的,然后通过刀具的寿命试验和磨损试验对金刚石涂层刀具和TiAlN涂层刀具进行了寿命、磨损的对比分析。在试验分析的过程中通过超景深显微镜对后刀面磨损带宽度和铣削距离进行记录,通过扫描电镜等仪器分析了两种不同涂层材料刀具加工后的前、后刀面磨损形貌和刀具的磨损机理。最终得出在磨钝标准:VB为0.1 mm的情况下,金刚石涂层刀具的寿命约是TiAlN涂层刀具的6.5倍,在切削过程中发生的主要磨损为磨粒磨损、化学磨损和冲蚀磨损。