超声纵-扭复合铣削钛合金刀具磨损特性研究

目的采用超声纵-扭复合振动加工方法,获得较长的刀具使用寿命。方法采用理论建模与不同铣削振动方式,研究刀具磨损特性。通过超景深电子显微镜和粗糙度测试仪,分别对刀具微观形貌、工件表面粗糙度进行了分析;通过不同铣削方式加工钛合金材料,对刀具磨损特性进行了系统分析。结果与普通铣削和超声纵振铣削相比,超声纵-扭铣削方式下,刀具后刀面磨损减小,工件表面粗糙度降低。经测试,当去除面积为6356mm~2时,超声纵-扭复合加工刀具后刀面磨损量VB为103μm,分别比普通和超声纵振加工时降低了38μm和36μm。当去除面积为4530 mm~2时,Ra为1.2μm,普通铣削和超声纵振铣削的Ra则分别为1.62μm和1.38μm。由于超声纵振加工仅仅是在轴向方向实现了分离,后刀面时刻冲击着已加工表面,当去除面积为6356 mm~2时,刀具后刀面磨损量反有超出普通铣削的趋势。结论超声纵-扭复合加工从旋转方向内实现了刀-屑分离,在铣削过程中,极大地减少了刀具后刀面对已加工表面的冲击,从而使得刀具寿命有所延长,为高效加工、难加工材料提供了一种加工方法。     

高速铣削铝衬微波印制板时的磨损与刀具耐用度研究

开展了使用TiN涂层刀具对Rogers/Duroid RT6010铝衬微波印制板进行高速铣削加工刀具磨损机理和耐用度的实验研究.使用SEM和能谱观察分析了前刀面和后刀面的磨损形态,结果显示切削铝衬微波印制板刀具主要存在磨料磨损、粘结磨损和扩散磨损等,其中以磨料磨损为主.为保证工件的加工精度,刀具的后刀面磨损带不宜超过401ìm.笔者采用正交实验与曲面响应方程相结合的方法,推导了TiN涂层刀具的耐用度模型.研究结果有助于合理选择高速铣削铝衬微波印制板刀具与切削参数.     

涂层硬质合金高速铣削U71Mn钢材的磨损性能研究

针对钢轨材料U71Mn的高速铣削,开展涂层硬质合金刀片的磨损实验,采用三维超景深显微镜观察刀具的磨损形貌,测量后刀面的磨损宽度,研究刀片不同基体材料和铣削速度对刀片后刀面磨损的影响规律;采用扫描电镜分析刀片前、后刀面的磨损形式和磨损机理。实验结果表明,在YG8N(K20)、YT5(P10)和YW2(M20)三种基体材料的实验刀片中,YG8N耐磨性最好;在250～400 m/min的铣削速度下,随着铣削速度的增大,刀片磨损加快;刀片前刀面磨损形式为崩刃和涂层剥落,主要发生粘结磨损和氧化磨损,后刀面磨损形式为沟槽磨损,主要发生磨粒磨损、粘结磨损和氧化磨损。     

车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

为探索金刚石刀具(PCD)和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。     

环槽车削加工工艺参数优化

为了改善高强度环槽铆钉断颈槽车削加工过程切槽刀具磨损严重的问题,对环槽车削加工工艺参数与刀具磨损速度的关系进行了研究。运用正交试验法设计实验,得到不同工艺参数下切槽车刀前刀面的磨损速度。经过数据分析建立切槽车刀前刀面磨损速度预测数学理论模型,运用最小二乘法拟合实验数据,获得切槽车刀前刀面磨损速度与工艺参数之间的关系。考虑切削效率对加工过程的影响,运用遗传算法寻求考虑切槽车刀前刀面磨损和加工效率综合影响的全局最优参数组合,为高强度环槽铆钉断颈槽车削加工提供了理论参考。     

超声辅助TiAlN和TiAlSiN涂层刀具切削不锈钢性能的研究

研究了不同涂层铣刀在超声振动辅助作用下切削304不锈钢的切削性能,如磨损情况、刀具寿命、工件表面质量以及切削力。分别采用未涂层、TiAlN、TiAlSiN涂层铣刀结合超声刀柄进行铣削实验;对比研究不同影响因素耦合下的切削性能;采用超景深三维视频显微镜表征刀具后刀面磨损情况;采用粗糙度测量仪测试工件表面粗糙度;采用扫描电镜观察工件的表面形貌;采用kistler测力仪测量切削力。结果表明:TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下,磨料磨损速度最慢,铣刀使用寿命最长(走刀距离在45m左右),其寿命是无超声振动辅助无涂层铣刀寿命的11.25倍。TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下加工304不锈钢工件的表面粗糙度最好;从无超声状态到有超声状态下加工,TiAlN涂层刀具加工时工件所受的切削力均略小于TiAlSiN涂层刀具加工时工件所受的切削力。     

碳纤维/树脂基复合材料高速铣削的刀具磨损机理

采用涂层(Ti CN,Ti Al N)与无涂层超细晶粒硬质合金立铣刀对碳纤维/树脂基复合材料进行高速铣削试验,研究了刀具后刀面磨损带扩展及刀具磨损规律,并探讨了切削力、毛刺随着刀具磨损的变化趋势,观察了刀具的微观磨损形貌,分析了刀具的磨损机理。结果表明:在相同的切削条件下,无涂层刀具的后刀面磨损量及切削力最大,毛刺扩展严重,后刀面主要发生磨粒磨损,由于黏着磨损和氧化磨损对切削刃的弱化作用,主切削刃发生了微崩刃;Ti CN涂层刀具后刀面主要发生磨粒磨损,并伴随有黏着磨损和轻微的氧化磨损,失效形式为剥落和微崩刃;Ti Al N涂层刀具的后刀面磨损量及切削力最小,毛刺扩展缓慢,更适合碳纤维复合材料的加工。其后刀面主要发生了磨粒磨损,其失效形式为剥落。     

纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具切削性能的研究（Ⅱ）

研究新型陶瓷刀具A15Zc和A20Z(c+m)切削淬硬40Cr合金钢时的切削性能,并与已经商业化的陶瓷刀具SG4的切削性能进行了对比。结果表明:刀具后刀面磨损量随切削深度的增加而增大,而切削速度对刀具后刀面磨损量的影响较小;在较小的切削深度下切削时刀具具有良好的切削性能,A15Zc和A20Z(c+m)的抗磨损能力都好于SG4刀具;刀具的主要磨损形态为前后刀面磨损,主要磨损机制为前刀面的黏结磨损和后刀面的磨粒磨损。     

前后刀面微织构铣削镍基合金的切削力研究

为了提高刀具对难加工材料的切削加工性能,降低切削力,延长刀具寿命,采用激光加工技术在TiAlN涂层刀具前、后刀面上制备出平行于主切削刃的沟槽型织构,对比研究变切削参数条件下铣削镍基合金的切削力变化情况。结果表明:在低转速、小吃刀量、低进给速度情况下,后刀面织构刀具的切削力小于前刀面织构刀具;背吃刀量对前刀面织构刀具的切削力增幅影响最大;主轴转速对后刀面织构刀具的切削力增幅影响最大。     

铍铜合金断续切削后刀面磨损机理研究

目的研究断续切削过程温度变化对刀具粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的影响。方法搭建了仿铣削加工的断续车削实验平台,采用热电偶法测量了断续切削过程中刀具后刀面在不同速度下的切削温度,利用带有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察后刀面随速度变化的磨损形貌并分析后刀面磨损区域的元素组成,阐述了后刀面温度和刀具磨损之间的联系,研究了Ti AlN涂层硬质合金刀具断续切削铍铜合金C17200时的后刀面磨损机理。结果随着切削速度的增加,刀具温度在v=500 m/min出现峰值,温度越高,后刀面的涂层剥落和粘结磨损现象越严重,涂层剥落和粘结磨损现象在切削速度为500 m/min时最严重,而后随着刀具温度的降低而减缓,切削速度600 m/min时的涂层剥落和粘结磨损现象相比500 m/min时有所减轻。结论断续切削过程中,刀具持续性地经受"负载-卸载"、"升温-降温"产生的高温、冲击和加工环境的不稳定性,是引起粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的主要原因。涂层剥落和粘结磨损是导致铍铜合金断续切削刀具失效的主要磨损形式。     

超声振动干式车削钨基合金刀具磨损行为研究

采用超声振动干式车削方法对钨基合金材料进行了切削加工试验,对比了涂层刀具及H13A刀具材料振动车削钨基合金的刀具磨损情况,并在优选刀具材料的基础上研究了切削参数、振动参数对加工尺寸精度的影响程度。实验结果表明,涂层刀具在振动车削方式下,刀尖迅速磨损,H13A刀具则表现出较佳的切削性能。H13A刀具的磨损形态主要为前刀面月牙洼磨损、粘结磨损和扩散磨损,并以正常磨损方式失效。涂层刀具则以刀尖的崩刃方式失效。     

高速切削摩擦学研究

高速切削过程中的摩擦直接影响刀具失效(磨损和破损),刀具使用寿命、工件的加工精度以及已加工表面质量。文章综述了高速切削摩擦学研究进展,重点介绍了高速切削中刀-屑之间和刀-工之间的摩擦学特性,阐述了刀具前刀面与后刀面的磨损形态和磨损机理,以及高切削过程中的冷却/润滑条件和不同的切削环境对刀具和工件的影响。展望了高速切削摩擦学的发展方向。     

硬质合金薄切削铝合金时刀具磨损形态分析

利用四种硬质合金刀片(YD05,YM051,YN05,YN10)进行了薄切削铝合金试验,利用扫描电子显微镜拍摄了刀具失效后前刀面和后刀面的磨损形貌,研究了硬质合金刀具失效后的磨损形态特征。     

钛合金铣削刀具的磨损对工件表面沿主轴方向粗糙度的影响

采用硬质合金立铣刀对Ti6Al4V进行高速铣削正交试验,将新刀具所加工的工件表面粗糙度和后刀面磨损至0.05 mm左右时的刀具所加工出来的工件表面粗糙度值进行对比分析,研究磨损后的刀具对工件表面粗糙度的影响。利用粗糙度仪对工件表面粗糙度进行测量,使用超景深显微镜对加工后的工件表面形貌以及刀具磨损情况进行观察,并利用测力仪测量铣削加工过程中刀具产生的铣削力。结果表明:当刀具后刀面磨损至0.05 mm时,其切削参数对工件表面的粗糙度影响大小与刀具崭新时的不一样,这是由于刀具的磨损导致在加工时刀具发生了振颤,从而影响到了工件沿机床主轴方向的粗糙度使其粗糙度增大。     

基于刀具磨损率及加工效率的工艺参数优化

钛合金环槽铆钉因其高的铆接强度及良好的防松性能被广泛应用于航空航天行业。钛合金切削性能差,切槽刀具工作环境恶劣,使得切槽车刀的磨损更加严重。以钛合金环槽车削加工为研究对象,运用数值方法,得到不同的切削速度、进给量参数下,钛合金车削加工环槽时硬质合金刀具后刀面的磨损速率。通过数据分析,建立刀具后刀面磨损速率预测模型,利用最小二乘法进行参数辨识。应用遗传算法对考虑刀具后刀面磨损速率和切削加工效率的双目标进行优化,得到最优工艺参数组合。结果表明,经过优化的工艺参数,使整体目标值提高了2.9%。     

后角对纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备了用纳米TiN改性的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具。研究了后角对刀具使用寿命及前、后刀面磨损的影响。结果表明,后角为6°的刀具使用寿命最长,后角大于8°的刀具因崩刃而失效,这主要是由于切削刃强度降低和散热条件恶化所致。增大后角会使后刀面的边界磨损加剧,而过大的后角则使前刀面磨损加剧。纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的后刀面磨损是磨粒磨损、氧化磨损、扩散磨损和黏着磨损共同作用的结果。     

超声振动辅助铣削金属玻璃的试验研究

金属玻璃具有优良的力学、物理和化学性能而广泛的应用于航空航天和医疗等高端领域,但其高硬度、低弹性模量等特性导致该材料的切削加工难度较大。为此通过超声振动辅助加工方法对Vit1块金属玻璃进行铣削试验,用三因素四水平正交实验方法对切削力、表面粗糙度和刀具磨进行研究。试验结果表明,相比普通铣削方法超声振动铣削进给方向铣削力平均降幅为23%,轴向抗力降低平均为31%;表面粗糙度平均降幅约15%;刀具磨损显著下降。试验证明超声振动加工能有效地解决金属玻璃的切削加工难题,同时试验也为非晶态合金的加工机理研究提供一定的借鉴。     

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。     

U71Mn钢轨铣削用PVD-TiAlN涂层刀片失效分析

目的分析研究PVD-TiAlN涂层刀片铣削钢轨(U71Mn)后的失效行为,确定涂层刀片铣削U71Mn的磨损机制及失效机理,为进一步改进铣削U71Mn用涂层刀片的使用性能提供指导。方法采用多弧离子镀技术在硬质合金基体刀片上制备了厚度约2.13μm的TiAlN涂层,通过扫描电子显微镜、能谱仪、金相检测仪等仪器,检测了刀片基体和涂层的显微组织和金相结构。采用立式铣床对U71Mn进行铣削,通过扫描电子显微镜观察失效刀片前刀面、刃口和后刀面的微观形貌,结合能谱仪微区成分分析,确定涂层刀片的磨损机制和失效机理。结果通过金相检测仪和扫描电子显微镜检测,YG10细晶粒硬质合金基体无明显组织缺陷。采用多弧离子镀制备的涂层膜基结合力等级为HF1,具有较好的膜基结合强度。失效刀片的刃口处存在贯穿前刀面、刃口和后刀面的裂纹,并且刃口区域的裂纹内部有被加工材料的填充物。后刀面裂纹尖端有涂层的微崩裂,前刀面的磨损带边界较后刀面磨损带边界平齐。刃口附近的涂层表面上出现了相互交联的裂纹。失效刃口多出现锯齿形缺口,缺口内部有大量的碎屑填充物,缺口对应的后刀面处分布着深浅不同的沟槽。磨损的刃口上粘接有大量的被加工材料。结论刀片的磨损机制有磨粒磨损、粘接磨损和氧化磨损。另外,刃口的崩裂在刀片失效过程中也扮演着重要角色,崩裂的缺口会为硬质颗粒提供存储空间,从而加剧磨料磨损,在多种磨损机制共同作用下,刀片刃口最终被磨耗而失效。可通过提高基体的强韧性、合理的刃口设计、改善涂层的韧性和结合力、提高涂层的抗氧化性等方面,提高涂层刀片铣削U71Mn的性能。     

PCD刀具车削钛基复合材料的刀具磨损研究

采用PCD刀具在不同切削速度下对增强相钛基复合材料进行切削，研究高速切削时的刀具磨损情况。结果表明:增强相体积分数对PCD刀具耐用度有显著影响，体积分数越高，刀具磨损越严重，刀具耐用度越低；增强相种类对刀具的耐用度也有明显影响，增强相TiB_w对刀具耐用度的影响要大于增强相TiC_p的。PCD刀具在切削不同钛基复合材料时的刀具磨损形态相似，主要为前刀面和后刀面的磨损，且伴有崩刃及微裂纹现象发生；其主要磨损机理是磨粒磨损以及黏结磨损，且增强相的体积分数越高，刀具黏结磨损越显著。