TiAlN涂层刀具强流脉冲电子束表面处理工艺多响应值优化研究

采用响应面设计方法对TiAlN涂层刀具强流脉冲电子束表面后处理工艺进行优化设计,结合回归统计建立硬质合金涂层刀具的表面粗糙度、硬度以及弹性模量数学模型。此外,分别对三个数学模型进行显著性分析,以揭示输入电压、输入电流和脉冲次数对涂层刀具表面粗糙度、硬度及弹性模量的影响。结果表明,强流脉冲电子束轰击过程中的输入电压、输入电流和脉冲次数对涂层刀具的表面粗糙度、硬度以及弹性模量均具有显著影响。通过多响应值进行优化,得到了最佳工艺参数组合。经此工艺条件处理后的TiAlN刀具表面粗糙度为0.17μm、显微硬度为33.39 GPa、弹性模量为660.20 GPa;切削实验结果表明,经处理后的TiAlN涂层刀具后刀面磨损量较未经处理的下降了60%左右。     

旋转超声磨削Si3 N4陶瓷用金刚石磨具磨损行为研究

热压烧结Si₃N₄陶瓷材料常应用于航天飞行器中关键耐高温零部件,但由于高硬度和低断裂韧性,其加工效率和加工表面质量难以满足制造需求。为了提高热压烧结Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工质量,减小由于金刚石磨具磨损带来的加工误差,开展了磨具磨损行为研究。基于热压烧结Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工实验,分析了金刚石磨具磨损形式;基于回归分析建立了金刚石磨具磨损量数学模型,揭示了加工参数及磨具参数与金刚石磨具磨损量间映射关系;并研究了磨损形式与磨具磨损量及加工表面粗糙度影响规律。结果表明：磨粒磨耗是旋转超声磨削Si₃N₄陶瓷用金刚石磨具最主要磨损形式,比例超过50%;主轴转速和磨粒粒度对磨具磨损量影响最为显著;且磨损量较小时,加工表面粗糙度值反而增加。以上研究可为提高旋转超声磨削Si₃N₄陶瓷加工精度和加工质量提供指导。     

复合材料切削温度影响因素的实验研究

从切削温度的影响因素出发,研究尼龙、45号钢以及碳纤维3种材料在车削加工过程中切削温度的变化规律。通过实验,改变切削参数,进行切削温度的测量并测得切削后的加工表面质量,研究了切削参数对切削温度的影响。实验结果表明,随着切削速度、进给量和背吃刀量的增加,切削温度升高,加工表面的粗糙度增大。为了研究刀具磨损对切削温度的影响,测量了相同切削参数下刀具不同磨损程度的切削温度和切削后的加工表面质量。分析发现,刀具磨损会造成切削温度的升高和表面粗糙度的增大。     

复合材料的切削加工表面结构与表面粗糙度

普通金属材料的切削加工理论表面粗糙度可以用公式计算。复合材料经切削加工后其表面留有各种凹凸缺陷,这些谷峰轮廓并非由刀刃直接切出,故不宜用现有普通材料的公式计算其理论表面粗糙度。纤维增强复合材料的切削加工表面结构和粗糙度与切削方向密切相关。颗粒增强复合材料无方向性,其已加工表面结构和粗糙度主要受增强颗粒硬度和粒度以及含量控制。增强体与基体的界面强度及切削刀具和工艺条件对复合材料加工表面粗糙度有很大影响。      

40Cr合金钢切削过程中切削用量对刀具振动的影响

针对40Cr合金钢的切削过程,研究切削用量对刀具振动的影响.结果表明:进给量为0.24 mm/r时表面粗糙度最大,为1.87μm;刀具振动频率在0.48～0.96 MHz时,刀具振幅较小,在此频率下加工表面的完整性较好.     

机器人磨抛工艺参数优化方法研究

为了确保加工质量和加工效率的最优参数组合,进行了机器人砂带磨抛去除参数的优化方法研究.在分析砂带磨抛过程后建立了表面粗糙度和磨抛去除率模型.运用deform软件对工件磨抛过程进行模拟仿真,建立了磨抛去除率和粗糙度回归方程.以加工表面粗糙度和材料磨抛去除率作为目标函数进行双目标优化,并运用NSGA-Ⅱ算法确定了最优参数组合.以仿真数据为基础进行正交试验,对理论和仿真的结果进行了验证.结果表明,采用所确定的最优参数组合进行磨抛加工试验,能够达到预期的磨抛去除率和表面粗糙度要求,表面加工质量良好,所用工艺参数优化方法可行.     

表面粗糙度知识问答

1.表面粗糙度是如何产生的？　答：在加工过程中,由于刀具与制件表面之间的摩擦、切削或压制时的塑性变形,以及工艺系统中高频振动等因素的作用,使被加工表面产生微观几何变形.表面粗糙度就是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性.     

增强相对铝基复合材料超精密加工表面的影响

采用聚晶金刚石（PCD）刀具对SiC增强铝基复合材料进行超精密车削加工试验,基于原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和Talysurf-6型轮廓仪对加工表面进行检测和分析.结果表明,S iC增强相的切削变形机理对超精密级加工表面的影响重大（粗糙度Ra为0.025μm）.若增强相在解理面直接被切削刀具切断,则SiC增强相附近区域的表面粗糙度值范围为6~10 nm,故产生超精密级加工表面的可能性大;若增强相以拔出或压入的机理进行切削变形,则不易获得超精密级加工表面.较高的切削速度、较小的进给量、较小的刀具钝圆半径和较大的PCD刀具晶粒度都有助于获得超精密级的加工表面,而背吃刀量对其影响很小.SiC增强相的体积分数和类型也是影响超精密级表面质量的重要因素,增强相体积分数越高,表面质量越差,晶须增强铝基复合材料较颗粒增强铝基复合材料可获得更好的表面质量.     

超精密车削表面粗糙度预测模型的建立

介绍了一种利用回归分析法来建立单点金刚石刀具超精车削表面粗糙度预测模型的新方法，并通过建立的粗糙度预测模型，研究了铝合金超精密车削过程中切削速度，进给量和切削深度等参数对表面粗糙度的影响。通过实验分析表明：二次预测方程比一次预测方程更有效，而且适用范围比一次模型大。利用优化设计中的约束变尺度法对所建立的表面粗糙度预测方程进行了优化，可以实现对切削参数的优选，从而达到加工前在特定的条件下预测和控制表     

面向石墨模具精密加工的金刚石涂层结构及性能

金刚石涂层具有接近天然金刚石的超高硬度及耐磨性,被认为是精密加工石墨模具的理想刀具涂层材料.金刚石涂层与刀具基体间的结合力及涂层表面状态是高速干式切削加工质量及效率的关键,金刚石涂层前处理过程控制及涂层工艺是影响金刚石涂层刀具综合性能的重要因素.本工作基于热丝化学气相沉积技术,采用酸-碱-酸三步法对硬质合金材料进行前处理,在涂层沉积过程中采用大气流量及高炉压沉积工艺在刀具基体表面沉积金刚石涂层.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射光谱(XRD)对涂层微观结构及物相结构进行分析表征,利用纳米压痕仪对金刚石涂层硬度进行测试,利用喷砂试验测试金刚石涂层的抗冲刷性能,利 用石墨模具切削试验表征金刚石涂层刀具的切削性能.结果表明,金刚石涂层呈典型八面体结构,涂层与基体紧密结合、无明显孔隙,金刚石涂层刀具表面粗糙度为157 nm,sp3键含量大于98％,(涂层硬度大于90 GPa),涂层沿(111)面择优生长,抗冲刷时间大于150 s(0.5 MPa,120目),涂层刀具高速切削石墨模具2 h后,被加工面表面粗糙度小于1 μm,达到进口刀具水平.切削完成后刀具前刀面出现少量崩缺,前刀面磨损是此类刀具加工石墨模具的主要磨损形式.