超精铣削用PCBN球头立铣刀

日本日进工具公司的SFB200PCBN球头立铣刀设计用于高硬度工件的超精铣削。铣刀的球头尺寸范围R0．1～1．0mm共12个规格，R精度〈1．5μm，球头切削部分形状类似切去一半的算盘珠。刀具所用CBN材料具有良好的抗崩刃性能和高耐磨性。此外，左右切削刃位于一条直线上，考虑了在刀具中心切削速度接近于零的部位将摩擦减至最小。该刀具在加工表面粗糙度和加工精度方面均获得极高评价。     

刃口钝化对PCD刀具铣削钛合金表面粗糙度与刀具寿命的影响

本文通过4种钝化值PCD刀具在不同切削参数下铣削钛合金试验,研究了刃口钝化对工件表面粗糙度与刀具寿命的影响。试验中使用触针式表面粗糙度仪检测工件表面粗糙度值,利用超景深显微镜观察刀具刃口磨损状况,并以刀具后刀面磨损量大于0.2 mm或刃口崩缺时的切削距离表示刀具寿命。结果表明:钝化PCD刀具铣削钛合金表面粗糙度大于未钝化PCD刀具,表面粗糙度随钝化值增大而增大;钝化PCD刀具铣削钛合金刀具寿命高于未钝化PCD刀具,刀具寿命随钝化值增大呈先提高后降低的趋势,当钝化值为15μm时,刀具寿命最高。     

PCD和CVD金刚石刀具切削性能对比及失效机理初探

通过切削实验,观察切削前后刀具的表面和刃口形貌、金刚石刀片组成成分、以及被加工工件表面粗糙度,比较两种刀具的切削性能,探讨其失效机理。结果表明:在同等条件下,CVD金刚石刀具的切削性能要明显优于PCD刀具。在车削过程中,PCD刀具的失效机理主要是结合剂与被加工材料中化学成分发生化学反应使结合剂流失,导致刀具结构疏松,从而导致磨粒团脱落。CVD刀具的失效机理为产生变质层磨损。切削过程中随着加工时间的进一步延长,切削区温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成变质层,从而带来切削过程中刀具的磨损;同时高温状态下CVD金刚石的晶界疲劳破坏,也可能会造成CVD金刚石刀具的磨损失效。     

切削刃数量对球墨铸铁铣削性能及表面形貌特征的影响

目的 提高球墨铸铁铣削表面质量和刀具寿命。方法 通过刀具轨迹计算和切削试验,研究球墨铸铁平面铣削过程中切削刃数量对切削性能、刀具磨损和表面形貌特征的影响,并用分形维数和表面粗糙度共同表征表面形貌。结果 刀具轨迹分析表明,由于铣削过程中,刀具切削方向和进给方向间的夹角不断变化,铣削表面不同位置和方向的表面形貌存在差异,进而导致表面粗糙度存在较明显的差异。通过铣削试验研究切削刃数量对铣削表面不同位置和方向的几何特征的影响规律发现,随着切削刃数量的成倍增加,切削力显著增加,同时刀具磨损量降低了36.5%,表面粗糙度值降低了39.2%,表面轮廓分形维数值增加了4.8%。结论 增加切削刃数量可以使每齿切削力和刀具磨损均显著减小,刀具寿命显著增加,同时表面粗糙度减小,分形维数增大,即切削刃数量的增加使表面质量更好,表面轮廓结构更复杂。     

超硬材料刀具的特性及应用

本文主要介绍了单品金刚石刀具，高温高压合成的聚品金刚石（PCD）刀具，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及化学气相沉积的金刚石膜（CVD）刀具的特性及应用。我们做了有关CVD刀具与PCD刀具耐磨性的切削试验：通过试验可以看出，CVD刀具确实有较好的耐磨性，但是在切削时间为17min时，由于CVD较PCD脆，在25倍显微镜下观察发现CVD金刚石刀具的刀口有明显的崩刃。另外发现，CVD金刚石刀具在制造及使用过程中也极易出现崩刃现象，所以目前大多数厂家仍以使用PCD刀具为主，CVD金刚石刀具的推广仍需要一个过程。     

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。     

单颗磨粒铰珩毛刺截面的仿真与验证

通过建立单颗磨粒微切削模型,分析了铰珩毛刺的形成过程。以侧边毛刺截面积为毛刺评价指标,研究了切削深度、切削宽度和刃倾角对毛刺形成的影响规律,并通过试验验证模型的准确性。分析结果显示:工件材料的塑性变形是影响毛刺形成的主要因素,塑性变形量越大,毛刺截面积越大;切削深度、切削宽度增加,毛刺截面积明显增大;刃倾角由负值向正值变化时,由于材料塑性变形量和流动方向的变化,毛刺尺寸逐渐增大。      

工具的材料和涂层对其切削性能的影响

对同种材料不同涂层和不同材料同种涂层的刀具进行了切削试验。结果表明,在铣削淬硬的40Cr钢时,用硬质合金A制作、带TiAlCN涂层的6刃立铣刀使用寿命最高。这既与涂层的耐磨性、表面粗糙度和抗氧化性能有关,也与硬质合金A的硬度、韧性和抗弯强度有关。     

基于正交试验的PCD刀具加工铝合金时切削性能的研究

通过PCD刀具切削铝合金的正交试验,分析刃磨刀具用砂轮的结合剂和切削用量对切削力与工件表面质量的影响。结果表明：进给量与砂轮结合剂对切削力和工件表面粗糙度影响较大,而切削速度与切削深度的影响相对较小,优方案为陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨的PCD刀具在切削用量v=88．45m／min,切削深度αp=0．1mm,进给量f=0．032mm／r时,工件表面粗糙度最小,同时切削力也较小。     

硬质合金铣刀铣削性能研究

为了探讨国内外高端产品的质量水平,为国产硬质合金铣刀性能提升提供有益的指导,对比研究了国内外知名品牌铣刀的耐磨性和失效形式。采用端面中心对称干切削方式,按照实验室铣刀试验规范对相同材质的国产某品牌刀片和国外刀片在相同工艺条件下进行了铣削对比实验,工件材料为45#钢。实验结果表明:两种刀片高速干式铣削45#钢的寿命没有明显差异。国产刀片失效形式主要为磨损失效,其在45#钢的高速干式铣削上显示出了较高的耐磨性;国外刀片同时表现出崩刃失效。     

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。     

新型立铣刀高速铣削碳纤维复合材料试验研究北大核心

针对碳纤维复合材料精密加工极易产生毛刺等缺陷,选用新型四刃粗精交错刃结构的立铣刀和常规硬质合金立铣刀,在相同条件下对纤维方向角为45°、90°、135°的碳纤维复合材料进行高速铣削对比试验。通过对比分析毛刺因子、铣削轴向力、表面粗糙度、表面微观形貌及毛刺抑制机制得出:新型粗精交错立铣刀与常规硬质合金立铣刀加工相比,工件侧表面的毛刺长度及数量均得到显著的改善;各纤维方向角铣削力Fz平均值依次下降20.93%、17.74%和5.78%;纤维方向角θ为45°和90°时面粗糙度较好满足加工要求,而纤维方向角135°的表面粗糙度均急剧增加超出合格标准。总体而言,新型粗精交错立铣刀切削能有效抑制毛刺的生成,且保证加工表面粗糙度不发生剧变,因此更适合应用于碳纤维复合材料高速铣削加工。     

铍铜合金铣削过程刀具黏附现象对切削颤振影响分析

为了满足高精密铍铜件表面的加工要求,研究刀具表面黏附过程对切削系统和已加工表面的影响,有利于提高加工质量和加工效率。通过建立二自由度切削颤振系统,结合工件材料特性、黏结过程和断续切削过程,采用单因素高速铣削实验方法,解析刀具损伤、切削颤振和已加工表面的内在联系,并通过电镜扫描和白光干涉对刀具表面和已加工表面进行对比分析。切削速度和黏附程度的差异性,极大地影响了切削过程的稳定性,导致已加工表面缺陷的产生。不同黏附环境往往导致了不同的切削状态,尤其是高黏附率环境下的刀具表面黏附有利于维持切削刃形态和减缓加工颤振现象。     

新型Ta-C涂层铣刀切削性能研究

目的研究Ta-C涂层刀具与普通类金刚石涂层刀具切削2A50铝合金时的性能对比。方法通过实验比较两刃、四刃Ta-C涂层铣刀和两刃、四刃普通类金刚石涂层铣刀,在干式切削条件下切削2A50铝合金的性能。通过相同切削条件下刀具切削距离的长短,比较刀具的使用寿命,并在显微镜下观察切屑的表面形貌,用表面粗糙度仪检测铝合金表面的粗糙度。结果两刃Ta-C涂层铣刀干式切削铝合金时的使用寿命最长,切削距离为116 m。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀加工工件的表面粗糙度总体呈上升趋势,两刃Ta-C涂层铣刀加工出来的工件表面质量较好,工件表面粗糙度均值为0.692μm。结论相同刀刃数量且结合力良好的涂层铣刀相比较,Ta-C涂层铣刀较普通类金刚石涂层铣刀加工出来的工件表面粗糙度平均值低,同种涂层加工得到的切屑表面微观形貌无明显差别。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀切削铝合金时,抑制粘刀效果都十分明显,但Ta-C涂层铣刀效果更优。     

Ti6Al4V钛合金高速微铣削过程中毛刺形成机理的研究

文章建立了Ti6Al4V高速微铣削过程中毛刺形成的有限元模型。由于毛刺出现在逆铣削过程中微铣刀切出工件处的数量远远大于其他位置的出现数量。因此,建立了逆铣削微铣刀切出处的有限元模型,毛刺变形方面采用JC本构模型,并通过实验对所提出的模型进行验证。实验结果表明,仿真获得的毛刺高度和宽度与实验验证值之间的最大误差为15%。为验证切削速度是影响毛刺形成的主要因素,针对切削速度对毛刺尺寸的影响进行了进一步的分析。仿真结果表明,若刀具转速由1000rpm增加到20000rpm时,毛刺尺寸(高度和宽度)相应减少96%。因此,在Ti6Al4V高速微铣削过程中,切削速度是影响毛刺尺寸的最主要因素。另外,通过该模型可以实现减少微细加工中微细零件的毛刺数量或抑制毛刺的形成。     

TiN和TiAlN涂层刀具铣削铝锂合金表面质量试验对比研究

目的 比较TiN和TiAlN涂层刀具加工铝锂合金的切削性能和表面质量。方法 使用硬质合金、TiN涂层和TiAlN涂层三种刀具,对2198-T8型铝锂合金进行干式铣削试验。改变切削因素的水平,比较刀具磨损、铝锂合金的表面粗糙度、切削力和切屑形态。结果 铣削铝锂合金时,刀具主要磨损为粘附磨损,TiN涂层的粘附程度最低,硬质合金次之,TiAlN涂层表面粘附最严重,切削效能最低。粘附磨损严重影响铣削成形的表面粗糙度,并使铣削力增加。铣削速度是影响工件表面粗糙度的主要因素,通过提高铣削速度可明显降低材料的粘结程度,降低表面粗糙度与铣削力,TiN涂层在铣削铝锂合金时最小表面粗糙度可达到0.5 μm以下。在相同的切削参数下,TiN涂层断屑均匀,切屑表面较为光滑,切屑塑性变形最小。硬质合金刀具产生的切屑尺寸较短,切屑表面有少量带状条纹,TiAlN涂层刀具产生的切屑发生了严重的塑性变形。结论 与TiAlN涂层和硬质合金刀具相比,TiN涂层刀具在铣削铝锂合金时的切削效能最好,可以达到最好的表面粗糙度和加工效果。     

PCD和HTi10刀具铣削CFRP试验研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)难加工的特性,文中采用PCD和HTi10刀具进行了CFRP铣削试验,对加工过程中的铣削力、刀具磨损和表面粗糙度进行了分析。结果表明:PCD和HTi10刀具的铣削力和表面粗糙度变化规律一致,均随转速的增大而减小,随进给速度的增大而增大,但PCD刀具的铣削力更小,加工质量更好;与HTi10相比,PCD刀具的铣削力对刀具磨损更加敏感,更适合应用在加工环境较好的条件下。在CFRP加工过程中,粗加工时优选HTi10刀具,精加工时优选PCD刀具,宜选用高转速、低进给的切削参数。     

金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究

针对石英纤维增强陶瓷基复合材料(SiO_2f/SiO₂)制造的薄壁壳体零件加工过程中存在加工效率低、切削力较大易导致零件破裂和加工表面粗糙度不易达到要求等问题,为寻求零件可行的加工刀具和工艺参数,在阐述微刃切削原理基础上,用其研制的整体多刃PCD刀具和电镀金刚石磨头,开展金刚石工具加工SiO_2f/SiO₂复合材料的可行性研究。结果表明：采用基于微刃切削原理设计的整体多刃PCD刀具加工SiO_2f/SiO₂,因刀具锋利和多刃特点可以实现较大的切深并获得较大的切削效率,但是切削力相对较大;相比于整体多刃PCD刀具,电镀金刚石磨头加工SiO_2f/SiO₂时切削力较小,加工后工件表面质量较好,且其表面粗糙度较低;     

PVD涂层刀具铣削天然砂岩的表面形貌分析

为了研究砂岩材料的切削机理及其已加工表面形貌,通过PVD刀具对干式切削和乳化剂冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削实验进行分析。实验结果表明,当对石英颗粒密度较大的砂岩材料表面进行高速铣削时,湿式切削在已加工表面形貌和切屑形成及形貌上,都可以比干式切削获得更佳的表面质量。     

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。