预置表面织构对硬态切削加工的影响分析

利用电火花穿孔技术预置表面织构,有效抑制硬态切削过程中较大切削力的产生,避免刀具磨损加剧,提高刀具使用寿命。使用CBN刀具硬态切削GCr15淬硬钢,设计关于切削深度、切削速度、进给量三因素无织构正交切削仿真模拟及试验,利用极差、方差及信噪比值法对仿真及试验数据进行分析,确定最佳切削参数组合,以及各参数对硬态切削过程中产生的切削力的影响程度。使用最佳切削参数组合,硬态切削预置表面织构的GCr15淬硬钢,观测刀具磨损情况,测量切削力,并与无织构等同切削条件下的结果进行对比分析,验证预置表面织构能够有效降低刀具磨损,提高刀具使用寿命。     

高速切削GCr15切削力的仿真与实验研究

应用Deform-3D软件建立刀具-工件三维有限元模型,研究了PCBN刀具高速切削GCr15淬硬钢的切削机理,得出不同切削参数下切削力的变化规律,通过对模拟结果进行分析获得了最优切削参数。在最优切削参数下进行切削实验,结果发现:在切削深度和进给量不变的情况下,不同切削速度下的切削力模拟值与实验值变化趋势是一致的,并且其误差不超过10%,这表明利用Deform-3D有限元软件建立三维切削模型可以有效模拟PCBN刀具高速切削GCr15轴承钢的切削过程。     

高能电脉冲对淬火态GCr15钢切削性能的影响

在高频淬火态GCr15轴承钢切削过程中施加高能脉冲电流,研究了高能电脉冲对淬火态GCr15钢切削性能的影响。结果表明,在脉冲电流的作用下,主切削力、轴向表面粗糙度、表面硬度以及刀具磨损状况都显著降低。对高频淬火态GCr15轴承钢而言,脉冲电流的电致塑性效应与焦耳热效应能够促进位错运动,从而在较低温度与较短时间内达到回火效果,提高材料表面塑性变形能力,有效改善其切削加工性能。     

织构刀具高速干式切削Al7075-T6的性能研究

表面微织构能够改善刀具的切削性能。为了研究织构刀具高速干切削Al7075-T6时织构参数对切削性能的影响,利用仿真软件建立正交二维切削仿真模型。对比了所选织构参数范围内的最优织构刀具与无织构刀具的主切削力、刀具温度、刀具应力,分析了织构参数对主切削力的影响程度。结果表明:合理的织构参数,可以减小刀具的主切削力,使刀具表现出更好的温度及应力分布梯度;所选织构参数范围内,织构宽度为60μm、织构间距为90μm、织构深度为30μm、织构刃边距为100μm的织构刀具切削性能最好;织构参数对主切削力影响程度从大到小依次为织构刃边距、织构宽度、织构间距、织构深度。     

微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

表面微织构在切削过程中的研究进展

在切削过程中,临近切削刃的刀具前刀面与切屑、刀具后刀面与已加工表面接触区存在的高温高压情况严重影响了刀具服役寿命和工件表面完整性。表面微织构技术是一种先进的表面改性技术,在刀具表面制备不同尺寸参数、形状参数、分布参数的表面织构能够显著影响刀具的切削性能。当刀具表面微织构制备方法不同时,微织构所呈现的性能也不同。首先从制备技术的原理、制备过程、制备技术特点等方面对当前最先进的刀具表面微织构制备技术进行了综述。然后从切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成、工件表面完整性等角度分析了微织构对刀具切削性能的影响规律与机理。在分析切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成等4个指标时重点关注了刀具前刀面微织构所起的作用,在分析工件表面质量时,同时考虑了刀具后刀面微织构、前刀面微织构的影响。最后,介绍了当前微织构的研究热点,主要包括微织构技术与钝化刃口、润滑剂的协同作用对切削性能的影响,以及微织构刀具在切削过程中发生的衍生切削行为。通过对文献的归纳、总结与深入分析,给出了表面微织构未来的研究方向,为刀具进一步优化提供设计参考。     

微织构车刀制备与SUS304钢高速微车削试验

针对高速微切削过程中微型车刀表面摩擦磨损严重的问题,利用表面非光滑微织构减摩减阻原理,在高速微切削用车刀表面利用激光加工技术制备了微槽、微坑织构,研究了激光加工参数与微织构形貌之间的关系;分析了微织构的摩擦学特性;利用自行研制的高速微车削单元进行微织构刀具及无织构刀具的高速微切削SUS304不锈钢的对比试验,从切削力、切削温度、刀屑接触状态、切屑形态以及已加工表面粗糙度对微织构车刀性能进行评价。结果表明:微槽、微坑织构均可以有效降低刀具表面摩擦因数;在高速微切削过程中可以减小切削力、切削温度,降低刀屑接触长度,改善切屑形态,尤其是微坑织构可明显改善表面质量,可以应用到SUS304不锈钢的高速微加工。     

微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析

针对微织构刀具对切削工件表面残余应力的影响,设计不同尺寸的垂直槽和平行槽微织构,利用有限元仿真技术,模拟不同类型、不同尺寸微织构PCBN刀具干式车削GCr15试验。通过对有限元结果进行研究分析,得到已加工表面残余应力分布情况,并与无织构PCBN刀具对比,分析微织构对已加工表面残余应力的影响。有限元仿真结果表明:与无织构刀具切削工件表面获得拉应力相比,槽型织构刀具切削后的工件已加工表面呈现压应力,提高工件表层的耐磨损和耐疲劳性能;宽度50μm垂直槽和宽度40μm平行槽刀具切削得到的工件表面压应力最大,对工件表面应力分布影响最显著。     

微纳织构涂层刀具切削性能研究进展

刀具磨损严重、服役寿命短仍然是切削加工所面临的难题。随着现代制造业的发展,钛合金、高温合金等难加工材料在工业中广泛运用。但由于这些材料具有低导热系数、变形系数小等特点,在机械加工中存在切削力和切削温度高、刀具磨损严重等问题,严重缩短了刀具的服役寿命。通过表面织构技术和表面涂层技术在刀具切削表面置入微纳织构和涂层可以显著改善切削性能;特别是在减小刀具磨损、降低切削力、切削温度以及刀-屑接触界面摩擦因数等方面具有显著效果。系统概述微纳织构涂层刀具的作用机理、切削性能以及应用领域,对微纳织构涂层刀具后续发展有重要推动意义。首先,介绍微纳织构涂层刀具的制备方式。其次,分析总结微纳织构涂层刀具的作用机理,并从抗磨损性、抗粘结性和刀具寿命三个方面总结微纳织构涂层刀具的自身性能。随后,从切削力、切削温度、刀-屑接触处的摩擦因数三个方面总结微纳织构涂层刀具的切削性能。最后对微纳织构涂层刀具在现代制造业中的应用进行阐述。提出在刀具切削表面同时置入微纳织构和涂层的当前研究现状以及未来发展方向,可为进一步研究微纳织构涂层刀具在切削加工中改善切削性能以及加工表面质量与性能提供参考。     

基于数值模拟的复合涂层枞树型刀具磨损研究

采用数值模拟法分析了复合涂层枞树型刀具切削过程中切削力、切削温度变化以及刀具磨损情况。基于Deform-3D和Johnson-Cook本构模型,建立切削加工仿真模型,对未涂层的刀具和不同膜厚的Ti N-Ti CN复合涂层枞树型刀具半精加工汽轮机转子轮槽进行切削仿真。结果表明:仿真切削与实际切削结果相比具有一致性。未涂层刀具后期切削力波动剧烈,涂层刀具全程切削力波动稳定,5μm涂层刀具切削力最小;未涂层刀具切削温度显著高于涂层刀具,前中期10μm涂层刀具切削温度略高于5μm刀具,中后期5μm涂层刀具切削温度略高于10μm刀具;刀具磨损最严重出现在前刀面距离刀尖1.89 mm的区域,5μm涂层刀具磨损较轻,未涂层刀具磨损较严重。5μm Ti N-Ti CN多层涂层枞树型刀具切削力小,切削温度较低,刀具磨损量小。     

PCBN刀具干车淬硬钢时倒棱前角对切削力和刀具磨损的影响

PCBN刀具磨出负倒棱是为了加强刀具的刃口强度，以减少刀具加工时可能出现的破损情况。本文通过对PCBN刀具加工淬硬轴承钢GCr15的一系列试验数据加以分析，得出倒棱前角和切削力、刀具磨损之间的关系，进而得出在实际加工情况下应该采用的最佳倒棱前角值。试验表明：当倒棱前角取15度且切削速度为125m／s时，刀具具有最好的加工效果，不但切削力可以达到最小值，刀具磨损最轻，而且刀具寿命也达到了最大值。     

Statistical analysis of surface roughness and cutting forces using response surface methodology in hard turning of AISI 52100 bearing steel with CBN tool

The present work concerns an experimental study of hard turning with CBN tool of AISI 52100 bearing steel, hardened at 64 HRC. The main objectives are firstly focused on delimiting the hard turning domain and investigating tool wear and forces behaviour evolution versus variations of workpiece hardness and cutting speed. Secondly, the relationship between cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) and machining output variables (surface roughness, cutting forces) through the response surface methodology (RSM) are analysed and modeled. The combined effects of the cutting parameters on machining output variables are investigated while employing the analysis of variance (ANOVA). The quadratic model of RSM associated with response optimization technique and composite desirability was used to find optimum values of machining parameters with respect to objectives (surface roughness and cutting force values). Results show how much surface roughness is mainly influenced by feed rate and cutting speed. Also, it is underlined that the thrust force is the highest of cutting force components, and it is highly sensitive to workpiece hardness, negative rake angle and tool wear evolution. Finally, the depth of cut exhibits maximum influence on cutting forces as compared to the feed rate and cutting speed.     

High Speed Turning of H-13 Tool Steel Using Ceramics and PCBN

H-13 is the toughest tool steel used in machined die casting and forging dies. Due to its extreme hardness and poor thermal conductivity high speed cutting results in high temperature and stresses. This gives rise to surface damage of the workpiece and accelerated tool wear. This study evaluates the performance of different tools including ceramics and PCBN using practical finite element simulations and high speed orthogonal cutting tests. The machinability of H-13 was evaluated by tool wear, surface roughness, and cutting force measurements. From the 2D finite element model for orthogonal cutting, stresses and temperature distributions were predicted and compared for the different tool materials.     

低温冷风对材料切削性能影响的试验与分析

对低温冷风条件下的切削机制进行理论方面的研究,分析了金属材料低温下的脆性现象。为了研究低温冷风对材料切削性能的影响,进行了低温冷风切削试验,分别从切削力、刀具磨损和工件表面质量等方面进行了检测与试验分析。与传统加工相比,低温冷风切削能够降低切削力、减少刀具磨损以及降低工件表面的粗糙度值。