基于计算机数值模拟的刀具断屑槽磨损研究

采用ABAQUS有限元分析软件进行切削分析试验,研究刀具断屑槽磨损对切屑成型的影响。模拟了两种槽型的带断屑槽刀具在相同磨损参数和切削条件下的切削应力,并比较了不同槽型在相同磨损程度下对切屑成型的影响。试验结果表明:断屑槽磨损会增大刀—屑接触长度和切屑的卷曲半径,并且会引起切削应力的波动;梯形断屑槽刀具相比于弧形断屑槽刀具更适合加工。     

切削加工中切屑的处理

基于切屑的产生,介绍了切屑的处理方式,包括利用断屑槽方式控制切屑、改变刀具的几何角度、改变切削参数、加装断屑装置、应用激光位移传感器和利用低频震动断屑等。分析认为,切削加工中对切屑的管理是一个长期的课题,排屑的方式将随着科技的进步发展产生更多更新的切屑控制方法,但最终其目标在于保障设备运行的稳定性、高效性和安全性。     

不同几何参数刀具的断屑性能试验研究

从理论出发,对不同几何参数刀具的切屑折断规律进行了大量的系统试验、分析和探讨了刀具的断屑机理,分别得出了它们的切屑折断的变化规律及断屑范围。     

硬质合金刀具槽型结构对切屑的影响

阐述了硬质合金刀具断屑槽几何参数在断屑过程中的作用,分析了断屑机理,介绍了切屑形态、断屑槽结构和断屑机理研究的发展现状与趋势。     

硬质合金刀具正交切削钛合金试验的研究

刀具与切屑之间的摩擦磨损是影响刀具磨损的主要原因,在刀具表面上制备出微织构可以有效的提高刀具耐摩擦磨损性能,延长刀具寿命。利用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面上制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,通过正交切削试验观察切削过程中切屑与刀具之间的相互作用,对比微坑织构对刀具的黏刀量、切屑形态和刀具前刀面的磨损量的影响。研究结果表面,微坑织构可以减少刀具的黏刀量,减少冷焊,增加刀具的耐摩擦磨损性能;存储少量的切屑和硬质合金颗粒,减少刀具表面划伤,增加刀具寿命;增大切屑的卷曲率,有利断屑防止切屑堆积。     

高压冷却下PCBN刀具切削高温合金切屑卷曲折断机理及试验研究

高温合金广泛应用于航空航天领域,是一种典型的难加工材料,切削过程中切屑缠绕工件及刀具、不易折断,从而降低刀具寿命和已加工表面质量。PCBN是超硬刀具材料,加工高温合金等高温高强度钢性能优异,但由于刀具材料特性通常采用平前刀面,因此切削过程中断屑比较困难。高压冷却是金属高效切削加工中一种新型加工技术,可以有效改善断屑性能、提升断屑能力、提高刀具寿命和加工表面质量。目前对高压冷却断屑机理研究较少,且高压冷却切削仿真不易实现,为充分研究高压冷却下高温合金切削加工中的切屑折断机理,通过建立切屑卷曲半径预测模型和断屑模型,进行高压冷却下切屑折断机理研究,主要通过在高压冷却下,对PCBN刀具切削镍基高温合金进行试验研究,研究不同冷却液压力下切屑卷曲半径变化规律,对理论分析结果进行验证。研究结果表明:在高压冷却加工中由于高压冷却液的存在,切屑受到附加冷却液压力影响,使弯矩发生变化,造成切屑卷曲半径减小,最终导致切屑应变增大、切屑易于折断;且由于卷曲半径的改变使极限进给量和极限背吃刀量降低,使高压冷却加工改善断屑性能的效果非常明显。上述研究成果为实现高温合金高压冷却条件下的切削加工奠定了理论基础。     

聚晶金刚石刀具的断屑槽尺寸参数设计

为解决聚晶金刚石(PCD)刀具在铝合金材料切削过程中的切屑缠绕问题,在PCD刀具的前刀面上设计了断屑槽.通过对切屑受力过程和断屑槽断屑机理的分析、切削几何关系的推导和有限元切削仿真实验,提取了5个PCD刀具断屑槽参数,即棱带宽度、倾角、反屑角、槽宽和反屑面转角.建立了PCD刀具断屑槽棱带宽度和反屑角的计算公式;改进了槽...     

微织构衍生切削下的钛合金正交微切削性能分析

针对微织构刀具加工过程中的衍生切削效应,利用正交微切削单元开展了微坑刀具及无织构刀具的钛合金微切削实验,从切屑底面形貌、微坑黏结状态等方面分析了微坑刀具微切削性能;通过ABAQUS软件对微织构刀具微切削钛合金过程进行有限元模拟,分析微坑织构的衍生切削作用对刀-屑接触应力分布及切削力的影响,优化设计微坑边缘过渡区参数并进行切削仿真分析。实验和仿真结果表明,微坑会减小前刀面黏结,存储微屑,减小刀-屑接触应力,提高刀具减摩性能;但微坑与切屑的衍生切削作用会增大瞬时切削力,降低切削过程平稳性。此外,微坑过渡区优化可改善切削过程波动,降低切削力,改变切屑形态,改善切屑在微坑的流入/流出状态,有助于减小微坑织构衍生切削效应,提高织构的减摩效果。     

高速小直径深孔钻削过程中的切屑形态分析

切屑形态能够直接影响到高速小直径深孔钻削的排屑效果,是孔加工质量好坏的决定性因素。通过实验研究了直径12 mm的3种不同刀片材质高速SIED深孔钻(YN05硬质合金刀片、TiN涂层刀片、陶瓷刀片)分别在不同的主轴转速和刀具进给量情况下切屑的形态和容屑系数K对排屑效果的影响。通过分析实验所得数据和研究实验过程所产生切屑的形态,得出切屑的容屑系数越小排屑效果越理想,其中C形屑、锥状屑为高速小直径深孔钻削过程中产生的最佳切屑形态。     

减摩槽在三维槽型刀片中的应用

通过分析切削过程中切屑与刀具前刀面之间的摩擦情况,提出减少切屑与刀具前刀面的接触面积能降低切屑与刀具之间的摩擦,从而减小主切削力。据此设计了一种带减摩槽的三维槽型刀片,并通过切削试验证明了减摩槽能有效减小主切削力并改善刀片断屑性能。     

球头立铣刀前刀面形状的分析与计算

对球头立铣刀前刀面在法剖面和流屑剖面的形状进行了详细分析与计算 ,并给出了切屑流经前刀面时卷曲半径的计算方法     

曲面型前刀面实际切削前角的建模与分析

采用向量矩阵的方法，建立了曲面型前刀面车刀实际前角计算的数学模型，利用该模型可以计算出法剖面、主剖面和流屑剖面内前角的大小，从而为车刀的结构设计和卷屑槽槽型的研究提供了基础数据。最后给出了计算实例并进行了分析。     

FEM INVESTIGATION FOR ORTHOGONAL CUTTING PROCESS WITH GROOVED TOOLS-TECHNICAL COMMUNICATION

Rigid-visco-plastic finite element models are used to simulate the chip formation and cracking in the turning processes with grooved tools. The Johnson-Cook constitutive equation and Johnson-Cook damage model, which are appropriate for high-speed machining, are assumed for the workpiece material properties. Thermal effects in cutting are considered. The tool material is considered as rigid, but heat-conducting, with the properties of tool material H11. The calculated chip back-flow angle, curling radius and thickness are analyzed as three typical chip shape parameters. The effects of land length and second rake angle of the grooved tool on chip formation, cracking and temperature are discussed. Some simulation results are compared with other published analytical and experimental results.     

FEM INVESTIGATION FOR ORTHOGONAL CUTTING PROCESS WITH GROOVED TOOLS–TECHNICAL COMMUNICATION

Rigid-visco-plastic finite element models are used to simulate the chip formation and cracking in the turning processes with grooved tools. The Johnson-Cook constitutive equation and Johnson-Cook damage model, which are appropriate for high-speed machining, are assumed for the workpiece material properties. Thermal effects in cutting are considered. The tool material is considered as rigid, but heat-conducting, with the properties of tool material H11. The calculated chip back-flow angle, curling radius and thickness are analyzed as three typical chip shape parameters. The effects of land length and second rake angle of the grooved tool on chip formation, cracking and temperature are discussed. Some simulation results are compared with other published analytical and experimental results.     

高速切削30CrNi3MoV淬硬钢切屑形成机理的试验研究

通过30CrNi3MoV淬硬钢的高速切削试验,观察和测量不同切削条件下切屑形态的演变过程、锯齿状切屑形成的临界切削条件、切削力.结果表明,切削速度和刀具前角是影响切屑形态和切削力的主要因素,随着切削速度的提高,在某一临界切削速度下,切屑形态由带状屑转变为锯齿状切屑,随着刀具前角由正前角逐渐变为负前角,临界切削速度明显减小,当锯齿状切屑形成时,切削力大幅度降低.使用金属切削过程中绝热剪切临界切削条件判据对锯齿状切屑形成临界切削速度预测的结果表明,锯齿状切屑形成的根本原因是主剪切区内发生周期性的绝热剪切断裂.     

熔覆材料对高速钢刀具激光熔覆断屑台裂纹及硬度的影响

应用激光粉末熔覆技术,在高速钢车刀的前刀面上制备出断屑台。通过切削实验,对比普通高速钢车刀和含激光熔覆断屑台车刀的断屑效果,观察激光粉末熔覆断屑台的金相组织和形貌,测试激光粉末熔覆断屑台的热膨胀系数、物相和显微硬度。研究结果表明：具有激光熔覆断屑台的高速钢车刀,在切削过程中能够减小切屑的卷曲半径,从而使切屑更容易折断,实现有效断屑。用M2/WC-12Co粉末制作激光熔覆断屑台,能够实现激光熔覆层与高速钢基体的良好冶金结合,熔覆层无熔覆裂纹缺陷,熔覆层的硬度与高速钢车刀基体相近。M2/WC-12Co激光熔覆粉末适于制作高速钢刀具的激光熔覆断屑台。     

The effects of progressive tool wear and tool restricted contact on chip breakability in machining

Chip breakability plays an essential role in automated machining systems. This paper presents an experimental investigation of the effects of progressive tool wear and the resulting formation of the tool restricted contact on chip breakability in a turning operation. Six parameters of tool wear, namely, major flank wear (VB), crater wear depth (KT), crater wear length (KK), crater wear width (KB), wear retract of cutting edge (KS) and nose wear (N), are shown to contribute to the variations of chip breakability with tool wear progression. The results show that the chip breakability varies significantly with tool wear progression, especially with the combined crater and flank wear progression, and contributes to the development of a restricted rake face land, making the tool behave like a restricted contact grooved tool. The chip curling and breaking action is largely influenced by the nature and magnitude of the restricted contact and the groove profile being developed on the tool face. The results presented in this paper are also intended to provide guidelines for designing effective chip grooves on the tool face.     

一种易于折断的切屑卷曲形式及其在断屑中的应用

在实验和理论分析的基础上、本文提出了复合卷曲的切屑比以向上卷曲为主的切屑易于折断的观点，并且讨论了切屑产生复合卷曲的条件及在断屑槽设计和使用中的应用。     

金属长纤维横截面的形成机理

分析了采用大刃倾角－ 拉屑复合切削方法制造连续型金属长纤维时纤维横截面的形成机理。通过试验研究了刀具法向前角、拉屑力和拉屑角等对纤维横截面形状和金相组织的影响。     

FORECAST OF BREAKING LENGTH OF SIDE CURLING SHORT-SPIRAL CHIPS

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＯｎｅｏｆｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｎｅｅｄｓｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙｉｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆｍａｃｈｉｎｉｎｇｉｓｄｉｓｐｏｓａｌｏｆｃｈｉｐｓａｎｄｔｈｉｓｌｉｅｓｐａｒｔｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｂｒｅａｋｉｎｇｏｆｃｈｉｐｓｉｎｔｏａｃｅｒｔａｉｎｌｅｎｇｔｈ．Ｃｈｉｐｂｒｅａｋｉｎｇｉｓｎｏｔｏｎｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｈａｐｅａｎｄａｎｇｌｅｓｏｆｔｈｅｔｏｏｌ,ｂｕｔａｌｓｏｔｏｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ…