金刚石涂层立铣刀与PCD立铣刀切削铝合金性能研究

目的：研究金刚石涂层立铣刀和 PCD 立铣刀切削铝合金时,铝合金表面粗糙度以及刀具的使用寿命。方法通过实验比较1μm、5μm金刚石涂层四刃立铣刀和PCD立铣刀在高速干式切削条件下切削铝合金的性能,并通过走刀距离比较不同状态刀具的使用寿命以及在走刀过程中的粘刀情况,用表面粗糙度测量仪测量加工的铝合金表面粗糙度。结果1μm、5μm金刚石涂层立铣刀加工铝合金失效距离分别为25 m、75 m, PCD立铣刀加工铝合金96 m后失效;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值分别为1.07μm、1.10μm,PCD立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值为0.80μm。结论5μm金刚石涂层立铣刀是1μm金刚石涂层立铣刀寿命的5倍,PCD立铣刀使用寿命最长;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面较PCD立铣刀粗糙,在相同切削环境下切削铝合金时, PCD立铣刀使用寿命较金刚石涂层立铣刀提高,且在抑制粘刀方面效果十分明显。     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

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。     

切削铝合金汽车零件的“软”涂层刀具的试验与研究

MoS2固体润滑材料具有低摩擦因数特性,将它喷涂于硬质合金刀头表面,获得"软"涂层刀具,用这种刀具切削铝合金过程中能减少切屑粘刀,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。通过对带涂层刀具与不带涂层的普通刀具在加工铝合金汽车零件的过程中,对刃口磨损形态、工件加工质量、刀具使用寿命等试验数据分析,以验证MoS2"软"涂层刀具开发的可行性。     

CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

本文采用不同涂层工艺的ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金,观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件表面粗糙度,分析ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削主崖裂口合金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的提供了理论依据。     

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。     

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。     

不同刀具车削GH4169时的切削性能对比

为了选择合适的材料刀具,提高GH4169加工时的刀具寿命。分别使用PCD(聚晶金刚石)、CBN(立方氮化硼)、涂层硬质合金刀具车削GH4169,并从刀具磨损机理、切屑形态、表面加工质量三个方面进行了刀具切削性能研究。试验结果表明:CBN刀具磨损最严重,其磨损形式主要表现为前、后刀面的沟槽磨损,主切削刃的脆性断裂。PCD刀具磨损形式主要表现为微崩刃,涂层硬质合金刀具磨损形式主要表现为涂层脱落。三种刀具加工的切屑形态均为螺旋形,切屑外径大小为:PCD涂层硬质合金CBN。涂层硬质合金加工的表面粗糙度最小,PCD与CBN加工的表面粗糙度较大。因此涂层硬质合金的切削性能最好,PCD刀具次之,CBN刀具最差。     

金刚石涂层刀具加工石墨的切削性能

为充分对比不同类型金刚石涂层刀具的切削性能,定制几种不同类型金刚石涂层刀具进行等静压石墨切削加工,并与WC硬质合金刀具和TiAlN涂层刀具的切削情况对比,分析不同类型金刚石涂层刀具的涂层形貌、切削寿命、加工后的表面质量以及切削力。结果表明:制备的金刚石涂层刀具的涂层形貌主要为纳米晶和微晶,其寿命是硬质合金和TiAlN涂层刀具的10倍以上,且几种不同类型的金刚石涂层刀具寿命差异较小;金刚石涂层表面的晶粒细化可以降低加工表面的粗糙度和切削力,涂层脱落是金刚石刀具的主要磨损形式。      

CVD金刚石涂层工艺对硬质合金立铣刀铣削CFRP性能的影响

传统硬质合金刀具铣削碳纤维复合材料（CFRP）时磨损严重,需在其上沉积金刚石薄膜涂层。在相同的硬质合金立铣刀基体上,改变沉积工艺,获得3种分别覆有粗晶、细晶和复合晶等不同CVD金刚石薄膜的刀具。用扫描电镜观察分析3种涂层的表面形貌。在相同条件下,用3种刀具切削CFRP并分析其刀具磨损机理。结果表明:复合晶工艺的金刚石涂层硬质合金立铣刀耐磨性最好、使用寿命最长,约为粗晶金刚石涂层铣刀的1.35倍、细晶金刚石涂层铣刀的1.59倍,更适合于CFRP材料的铣削加工。      

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

Development of a virtual machining system, part 2: prediction and analysis of a machined surface error

In part 2 of this three-part paper, a newly developed method that predicts the three-dimensional machined surface errors generated during the peripheral end milling process is presented. From the cutting force prediction system of Part 1, since the uncut chip thickness is calculated by tracing the movement of the cutter, the positions at which the cutting edges pass over the workpiece surface can readily be obtained. In this part of the paper these positions are used to construct surface error maps. In addition, by using the estimated locations of the peak and valley values of the cutting force component normal to the machined surface, a quantitative analysis of the machined surface error is given and followed by theoretical explanations. A series of machining tests on aluminum workpieces were conducted to validate the effectiveness of the model. The predicted cutting forces and surface errors were found in good agreement with their measured counterparts.     

激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究

目的 针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率,推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法 在传统铣削和超声振动辅助铣削下,采用聚晶金刚石刀具开展激光选区熔化钛合金铣削试验研究,分析不同条件下的表面硬度、切削力、表面形貌、表面粗糙度和切屑黏结的差异性。结果 激光选区熔化钛合金硬度单次测量及其平均值均高于传统钛合金。常规干铣削激光选区熔化钛合金时,切削力随着转速的增大而呈现下降趋势,随着进给速度和切削深度的增加表现出逐渐增大的趋势。在传统铣削下,传统钛合金表面形貌存在明显的刀具划痕,而超声振动铣削时,激光选区熔化钛合金表面形貌总体表现出更加的光滑和平整。激光选区熔化钛合金在常规铣削和超声辅助铣削过程中,刀具前后刀面都出现了严重的钛合金切屑黏结现象。结论 激光选区熔化钛合金常规干铣削时,增大转速或降低进给速度和切削深度能够降低切削力。在相同切削参数下,激光选区熔化钛合金超声铣削质量优于传统钛合金常规铣削表面质量。激光选区熔化钛合金表面质量改善的作用机理主要归因于激光选区熔化钛合金的金相组织特性及超声振动时断...     

Investigation in orthogonal turn-milling towards better surface finish

Turn-milling is a newly emerging machining process, which tends to make use of the advantages of both turning and milling, wherein both the work piece and the cutting tool are given rotary motion simultaneously. The objective of the present experimental work is to understand the phenomenon of orthogonal turn-milling especially in relation to the effects of work piece revolution, cutter diameter and depth of cut. Surface finish of the machined surface and the optimum work speed at which the surface roughness was minimum has been studied. It has been shown that surface quality obtained by turn-milling process is better than that of conventional milling process. The experiments have been conducted for orthogonal turn-milling of mild-steel work piece with high speed steel milling cutters using planning of experiments technique to study the surface finish achieved.     

高速内冷铣孔空蚀机理的数值模拟与实验研究

目的预测高速内冷铣孔过程中空蚀的发生,并初步揭示高速内冷铣削过程中铣刀空蚀失效机理及已加工工件表面的空蚀损伤机理。方法采用三维数值分析与实验相结合的方法,在建立高速内冷铣削封闭流场的基础上进行数值计算,搭建了高速内冷空蚀试验平台并进行实验,通过粗糙度仪对分段后工件样条的已加工表面进行测定,通过电子显微镜对实验后的分段工件样条已加工表面和铣刀形貌进行分析。结果仿真分析发现用40 mm立铣刀以14500 r/min转速铣削60 mm 50 mm孔时,流场中的含气率达到10%左右,预测了高速内冷铣削过程中空蚀现象的存在,空蚀后楔形发散区的孔壁粗糙度Ra为0.311~0.478 m,楔形收缩区的孔壁粗糙度Ra为0.138~0.317 m。工件已加工表面出现麻点和海绵状为主的空蚀针孔,铣刀侧后面出现蜂窝状和鱼鳞状的空蚀坑。结论仿真分析和实验共同验证了高速内冷铣削过程中空蚀现象的存在,空蚀位置可能出现在内冷铣刀侧后刀面及部分工件已加工表面,且铣刀侧后刀面空蚀程度远超工件已加工表面,为高速内冷切削加工过程中空蚀机理的研究提供依据。     

Evaluation of cutter orientations in high-speed ball end milling of cantilever-shaped thin plate

This work was carried out in order to evaluate machinability in high-speed ball end milling of thin cantilever-shaped aluminum plate, and the effect of tool path, tool angle on geometric accuracy and surface integrity. The experiments were performed at tilt angles 0°, 15°, 45° of workpieces using four cutter orientations (horizontal outward, horizontal inward, vertical outward, vertical inward). Workpiece deflection, surface profile and machined surface have been measured. The results show that when machining cantilever-shaped thin plate, the best cutting strategy is vertical outward at a workpiece tilt angle of 45°.     

CuZn30微铣削表面完整性影响规律试验研究

采用直径φ1的硬质合金铣刀对CuZn30合金进行单因素槽铣试验,研究加工表面完整性、顶毛刺和切屑随铣削参数的变化规律。通过试验得到以下结论:切削参数对加工表面完整性影响比较显著,其中表面粗糙度随主轴转速的增大而减小,随每齿进给量增大而增大,切削深度对粗糙度影响不太显著。残余应力随着每齿进给量的增大有明显增大趋势,而主轴转速与切削深度对残余应力的影响不太显著。显微硬度随铣削参数变化没有显著的变化。顶毛刺主要受每齿进给量的影响,毛刺尺寸随着每齿进给量的增加先急速减小后趋于平稳,切屑形态主要受切削深度的影响,随着切削深度的增加,切屑由短小的碎屑逐渐变为平滑的连续卷曲切屑。     

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。