硬质合金刀具切削Ti6Al4V的磨损机理及特征

为研究硬质合金刀具在不同切削速度下切削钛合金时,刀具材料中的合金成分对刀具磨损机理及特征的影响,采用YG8、YT15和YW2三种牌号的硬质合金刀具进行干切削Ti6Al4V试验。研究切削速度分别为48 m/min、71 m/min、100 m/min时,三种硬质合金刀具的磨损形貌与磨损机理,分析在低、中、高速切削时三种刀具的磨损机理对其磨损速度的影响。结果表明:低速切削时三种刀具均以黏结磨损为主;高速切削时YG8刀具仍以黏结磨损为主,YT15刀具在发生黏结磨损的同时会产生一定程度的扩散磨损和氧化磨损,YW2刀具的磨损中黏结磨损、扩散磨损和氧化磨损占据同样地位;高速切削时选用YW类刀具更为适合。     

漫步CIMT‘95：评第四届中国国际机床展览会（二）

本届机床展览会上的加工中心超过100台。与数控车床相同,它的基本发展趋势也是高精度、高效率和工序集中诸方面,如定位精度达±2.5μm,重复定位精度1μm;主轴最高转速10000r/min以上,还有25000r/min,几年前曾有断言6000r/min将为极限值早已被打破;快速移动速度36～40m/min,换刀时间:刀具—刀具小于1s,切削—切削小于2s,主轴起动至最高转速(10000r/min)的加速时间为1.3s,起动至最大快速移动速度(40m/min)为0.3s等。展览会上有多台性能价格比较优的廉价加工中心,它是为顺应国际机床市场的现实而生产的,已形成     

铍铜合金断续切削过程切削参数对后刀面温度的影响

为了分析切削参数对刀具温度的影响,以期在加工过程中改善刀具磨损和提高加工质量。采用以断续车削代替铣削加工的仿铣削试验平台,选取热电偶法对断续切削过程中不同切削参数下的后刀面温度进行测量,通过正交试验和单因素试验研究了切削参数对刀具温度的影响。结果表明,在v=200m/min,f=0.15mm/r,a p=0.75mm时,刀具温度最低,切削速度v和进给速度f对刀具温度的影响高度显著,背吃刀量对刀具温度的影响并不显著。在铍铜合金断续切削过程中,刀具温度在v=500m/min出现峰值,随着进给量的增大,刀具温度呈减小趋势,在f=0.11mm/r出现突变的趋势,与后刀面上的热量生成、热源移动和分配等因素的影响密不可分。     

PCD刀具高速车削和铣削钛基复合材料的切削温度研究

使用聚晶金刚石刀具,在切削速度为15-150m/min范围内对体分比为0-10%的颗粒增强及颗粒/晶须混合增强钛基复合材料进行车削和铣削试验。分别采用自然热电偶和半自然夹丝热电偶法对车削和铣削时的切削热电势进行了测量,并用比较法快速标定系统对热电势进行了标定。结果表明:PCD刀具切削钛基复合材料时,切削温度随切削速度的增加而显著增加,切削速度从15m/min增大到150m/min时,切削温度从260℃增加到590℃。研究发现,刀具磨损对切削温度存在显著影响,磨损刀具(VB=0.1mm)比新刀的切削温度普遍高60-90℃。切削体分比为5%钛基复合材料时的温度高于其基体材料(钛合金TC4)的切削温度,但随增强相含量的进一步增大,切削温度反而略有降低(降低5%)。由于PCD刀具在较高速度下切削钛基复合材料时切削温度接近或超过PCD刀具在空气中的使用温度,切削过程中刀具会发生明显的化学磨损,从而在前刀面形成显著的月牙洼磨损形态。     

切削刀具刃口形貌对刀具使用寿命的影响

采用喷砂处理切削刀具的刃口获得不同的刃口形貌,采用光学显微镜检测切削过程中刀具刃口磨损状况,采用SEM检测喷砂前后刀具的表面质量,采用工具显微镜测量喷砂后的刃口形貌。在喷枪高度为90、110、120 mm时,分别制备形状因子K值小于1,K值大于1的刃口形貌,在实验中当切削速度为180 m/min,进给量为0.2 mm/r,切削深度为1 mm时,刀具失效时间分别为7 min30 s、10 min50 s、10 min32 s。实验结果表明,在喷枪高度为110~120 mm时,喷砂处理后的刀具使用寿命较好。     

切削速度对轴向车铣TC4钛合金刀具磨损的影响

为研究高速轴向车铣TC4钛合金时硬质合金刀具的磨损特性,选择S30T硬质合金刀片分别在100m/min、150m/min和200m/min三种切削速度下对TC4进行了轴向车铣试验,分析了不同切削速度对刀具使用性能的影响。研究结果表明:高速轴向车铣TC4钛合金外圆时刀具磨损主要发生在刀片的刀尖刃口及后刀面;磨损形式以粘结磨损为主;刀具的磨损速度随着速度的增加而增大;S30T刀片在100m/min的切削速度下具有较好的刀具耐用度,在150m/min、200m/min的切削速度刀具磨损较快,不适于实际切削加工。     

高速车削中切削速度对PCBN刀具性能影响的试验研究

用五种自制的PCBN刀具和一种国外产刀具进行了GCrl5淬硬轴承钢的高速干式连续切削试验。以崩刃作为刀具失效的判据,研究了高速切削中切削速度对PCBN刀具的切削性能的影响,对这六种刀具的高速切削性能进行了对比分析,并给出了各刀具所适用的切削条件。试验结果表明,56^#和53^#刀具更适合在较低的切削速度（〈200m／min）下工作,54#适宜在较高速度下（〉200m／min）工作,在更高速度条件下（〉230m／min）,可选用A^#和56^#。     

基于三维离散元法的沥青混凝土切削过程数值分析

采用试验机对沥青混凝土进行单轴压缩实验,测得沥青混凝土的弹性模量和抗压强度。以沥青混凝土的胶浆理论为基础结合颗粒流软件内置的本构模型建立PFC3D中三维的切削模型并进行虚拟实验校核模型参数。在不同的切削速度、切入角、切削深度和进给速度的切削条件下采用单因素和正交试验法研究刀具受到的切削力。从正交试验分析得出了一组切削力较小的最优刀具参数,此时切削速度v_c=5 m/s、切入角γ_0=45°、切削深度a_p=5 mm、进给速度v_f=1.32 m/min。     

高速切削变形区温度场数值模拟与分析

建立了基于次摆线轨迹的高速切削数值分析模型,对切削速度在470~3 770 m/min范围内高速切削铝合金7050-T7451切削温度进行仿真模拟并验证。系统分析了切削过程中刀具-切屑、刀具-工件接触变形区的切削温度随切削时间和切削速度的分布及变化规律。基于剪切角理论并结合切削温度等值线图解释了已加工表面温度随切削速度增加表现出的二次效应,得出已加工表面温度最大时的临界切削速度约为1 650 m/min。     

硬质合金涂层刀具车削钛合金TA15的磨损研究及切削参数优选

刀具磨损剧烈是钛合金切削中的突出问题,探求刀具磨损的本质对于提高加工质量和效率、降低成本具有重要意义。本文采用Al Ti N涂层硬质合金刀具对钛合金TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)进行车削试验,利用激光共聚焦显微镜观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理及磨损形式进行了分析,并根据刀具磨损状态进行了切削参数优选。研究结果表明:涂层硬质合金刀具切削TA15时,刀具失效形式主要为涂层剥落、崩刃和月牙洼磨损;随着切削速度的增加,后刀面VB值呈现了驼峰状的变化规律,涂层剥落的区域在波谷出现了明显的减小趋势;切削试验结果指出,正前角AlTiN涂层硬质合金刀具可用于钛合金TA15的精车工艺中,在v=100m/min、f=0.05mm/r、a_p=1.5mm切削参数下,刀具表现性能最优,同时硬质合金涂层刀具车削TA15的最大切削速度不宜超过120m/min。     

高速车削钛合金时硬质合金刀具和涂层刀具的寿命分析

采用硬质合金刀具和硬质合金TiMN涂层刀具对Ti-6Al-4V钛合金进行高速干车削正交试验,并通过多元线性回归分析得出硬质合金刀具和涂层刀具的寿命经验公式.分析表明:随着所选用的切削参数值的升高,刀具的使用寿命急剧减少,其中速度v对刀具使用寿命的影响最大.涂层刀具在低速切削加工钛合金时其寿命优于未涂层刀具,随着速度的提高,涂层刀具的优势迅速减小.当切削速度低于85 m/min,刀具寿命经验公式可以作为数控机床自动换刀的刀具寿命标准.     

纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具切削性能的研究

研究了新型陶瓷刀具A15Zc和A20Z(c+m)切削淬硬T10A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。分析了两种陶瓷刀具在低速切削(99.5m/min)和高速切削(268.5m/min)时的抗磨损能力和主要磨损形态。     

TiN涂层刀具切削高锰钢的磨损破损研究

研究奥氏体高锰钢切削过程中TiN涂层硬质合金刀具的磨损、破损机制,测量了切削温度并得出后刀面磨损量与 切削时间和切削速度的关系曲线,以及刀具前、后刀面显微磨损、破损形貌和化学变化。结果表明,TiN涂层硬质合金刀 具切削奥氏体高锰钢时耐磨性优于单一硬质合金刀具,且适于低速切削(小于30m/min)。     

喷雾冷却和刀具表面涂层复合润滑在切削加工中的应用

采用喷雾冷却和固体润滑涂层两者复合的方法来进行切削加工，对切削温度和后刀面磨损量进行了测量，并用SEM和EDAX对刀具后刀面磨损形貌和成分进行分析。结果表明：在切削速度低于200m／min的情况下，单一的喷雾和固体润滑涂层对提高刀具的耐磨寿命有明显的作用；在切削速度高于200m／min后，单一的喷雾方法的减磨效果就大幅降低；当速度高于300m／min时单一使用几无效果，而复合法能明显提高刀具的耐磨寿命和加工精度。     

基于微波烧结的Ti(C,N)/Al_2O_3金属陶瓷刀具切削淬硬钢的试验研究

利用微波烧结技术制备了Ti(C,N)/Al_2O_3金属陶瓷刀具(TA),并通过高速干式切削淬硬钢40Cr(50±2HRC)研究刀具的切削性能,同时与硬质合金刀具YT15进行对比。采用正交试验和极差分析法,以切削参数为优化对象,以工件金属去除率、表面粗糙度和刀具寿命为优化目标,确定了刀具的最佳切削用量。试验结果表明,切削淬硬钢40Cr时,刀具TA的最优切削参数为v=120m/min、a_p=0.3mm、f=0.1mm/r。TA刀具的切削时间为66min,比YT15提高了175%。工件平均表面粗糙度为1.27μm,比硬质合金刀具降低了15.9%。刀具的切削性能优于硬质合金刀具,并且可以实现以车代磨。     

高速切削

美国机床工业研究协会(MTIRA)对高速切削的应用及存在问题作了调查研究。据称,目前美国工业切削速度的水平,一般在30～600m/min范围内。超过600m/min线速度的高速切削已经超出许多机械加工厂的范围。近年来,有些工厂为改进机床和刀具的性能,考虑到有关动力与进给速度问题,特别是加工航空用的     

铣削等温淬火球墨铸铁的切削力及刀具磨损研究

对PCBN刀具在干切削状态下铣削ADI的切削力和刀具磨损进行了试验研究。分析了切削速度分别为40、80、120、160、200 m/min条件下的切削力和不同行程下刀具后刀面磨损量的变化规律。结果表明PCBN切削ADI材料的最佳切削速度在80 m/min~160 m/min之间。     

切削速度对42CrMo钢切削性能的影响研究

针对实际生产加工中采用较高切削速度车削直径和长度尺寸较大的42Cr Mo钢零件时刀具磨损严重的情况,运用Advant Edge TM有限元软件对不同切削速度下42Cr Mo钢切削过程进行仿真,得出切削速度对42Cr Mo钢切削力和切削温度的影响,最后采用实际切削试验验证仿真结果准确性。结果表明当切削速度在125.6 m/min~219.8 m/min范围内时,刀具的使用寿命较长。     

基于正交试验的枞树型轮槽加工切削参数优化

基于正交试验和数值模拟分析研究枞树型轮槽半精加工过程中切削参数对刀具磨损以及切削性能的影响,提高轮槽表面质量。设计4因素3水平正交实验,采用库伦摩擦模型和Usui磨损模型建立切削加工仿真模型,对不同切削参数下的轮槽半精加工进行仿真。结果采用极差方差相结合的方式进行分析,分析结果与实际切削结果一致。研究表明:半精加工过程中各因素对刀具磨损及切削性能的影响程度不同,切削深度进给速度摩擦因子旋转速度;轮槽半精加工最优组合为旋转速度为110r/min,进给速度为11mm/min,切削深度为0. 8mm,摩擦因子为0. 6。     

高速铣削模具钢Sialon梯度陶瓷刀具切削性能研究

针对模具钢加工过程中刀具磨损快、加工质量不稳定的问题,分别选用自主研制的Sialon梯度陶瓷刀具、商用Sialon均质陶瓷刀具进行高速干铣削试验,研究铣削速度对刀具切削性能及加工表面质量的影响。结果发现:在v_c=100 m/min,200 m/min条件下,梯度陶瓷刀具的切削力大于均质陶瓷刀具的切削力,但在v_c=100～1 000 m/min范围内,梯度陶瓷刀具的切削力+。梯度陶瓷刀具切削时前中期磨损较为缓慢,致使其刀具寿命较高,并获得更加稳定的加工表面粗糙度。因此,宏观上梯度结构的应力缓解作用和微观上微纳米复合的强韧化机制,在高速铣削模具钢时,Sialon梯度陶瓷刀具具有可靠的刀具寿命,并获得了更加稳定的表面质量。