液体辅助激光加工织构及表面摩擦特性研究

为了缓解切削加工钛合金等难加工材料过程中存在的刀具磨损等问题,采用激光器分别在空气介质和液体辅助条件下在YG6硬质合金刀具表面加工直线沟槽织构,在UMT直线往复摩擦磨损试验机上测试了不同工艺加工所得织构刀具的摩擦及磨损性能,通过体视显微镜对磨损形貌进行表征分析,采用计算流体力学方法对试验进行模拟仿真,并结合流体动力学分析,探究织构刀具在润滑条件下的减摩机制。结果表明：激光加工工艺显著影响硬质合金刀具表面在切削液润滑条件下的摩擦磨损行为,液体辅助激光加工所得织构表面表现出较好的抗摩擦磨损性能,摩擦因数相对于无织构刀具表面降低了78.2%,主要是由于在摩擦过程中刀具-工件接触区的油膜产生了较好的楔形效应,改善了摩擦过程中的润滑状态,提高了摩擦学性能。     

激光功率与扫描速度对微织构形貌影响试验研究

激光加工技术以其清洁高效、自动化程度高、加工过程方便易控制等突出的优势,目前已成为加工微织构的首选方式.在加工过程中,激光参数是影响微织构尺寸参数和形貌的重要因素.采用激光技术在硬质合金刀具表面加工微织构,分析并揭示了激光功率和扫描速度对微织构的尺寸和形貌的影响机制,进而确定了加工微织构的最优激光参数.     

激光表面织构技术调控材料摩擦学性能的研究进展

表面织构是提高工程材料摩擦学性能有效的表面改性方法之一。近年来多种表面织构技术已被应用于提高材料表面减摩耐磨性能,而在众多表面织构化技术中,激光表面织构技术由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点而被广泛应用。综述了激光表面织构的最新进展及应用,讨论了目前激光表面织构技术存在的问题及解决方法,总结了3种不同加工原理下的激光处理方法存在的问题,包括形状参数难控制、精度较差及灵活性较低等,并介绍了液相辅助加工技术在激光表面织构技术中的应用,同时分析了不同工艺参数包括密度、形状及深度等对材料摩擦学性能的影响。综述了激光表面织构技术复合涂层技术的研究现状,其中激光表面织构与非金属或金属涂层复合,包括氧化石墨烯填充PTFE涂层复合激光表面织构、复合热丝化学气相沉积增强激光表面织构、复合电液雾化增强激光表面织构及复合激光熔覆技术增强激光表面织构。总结了激光表面织构技术结合不同润滑技术对材料摩擦学性能的影响。最后展望了激光表面织构在各个领域的未来发展方向。     

基于离子束辅助激光的硬质合金表面微织构制备方法研究

目的 解决纳秒激光所制备的硬质合金表面微织构尺寸不可控且质量较差的问题.方法 提出了离子束刻蚀与纳秒激光复合加工技术.首次采用离子束辅助激光加工在WC/Co硬质合金表面制备凹坑型微织构,研究了激光扫描速度、重复频率、脉冲宽度和刻蚀时间4种不同加工参数对微凹坑表面形貌及结构尺寸的影响,并初步预测和建立了复合加工过程中微凹...     

牙轮钻头轴承表面织构三种加工方法对比分析

目的研究牙轮钻头轴承上润滑减磨的有效织构加工方法,从而进一步深入牙轮钻头轴承上仿生表面织构的研究。方法开展精密雕刻、纳秒激光和飞秒激光三种加工方式在牙轮钻头轴承上加工织构的实验,观察加工织构底部形貌,从织构加工尺寸、加工精度、加工对象三个方面对比分析三种织构加工方式的优缺点。结果精密雕刻技术可获得较规则的织构三维形貌,但不适用加工熔点高的材料,且仅适用于直径大于400?m的织构。纳秒激光由于金属熔融堆积效应,织构加工质量较差。飞秒激光技术的加工质量高且不受材料限制,能获得较好的织构轮廓,合理织构直径应小于300μm。结论为织构化牙轮钻头滑动轴承的加工方法提供依据。综合织构加工尺寸范围、加工对象和加工精度,飞秒激光加工技术在牙轮钻头轴承上具有良好的应用前景,精密雕刻技术仅在织构尺寸较大时可采用。     

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DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究（英文）

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力。利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响。结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低。在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能。     

微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力.利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响.结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低.在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能.     

表面织构化刀具的研究现状与进展

高速切削加工作为难加工材料的主要加工方式,在其切削过程中,刀具的快速磨损、加工表面质量差等问题显著。近些年来,表面织构由于在控制摩擦、减小磨损和改善润滑性能等方面的作用引起了国内外学术界和产业界的广泛兴趣,为刀具减摩降磨技术的研究提供了新方向。表面织构效应是通过在摩擦副表面加工出具有不同形状几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽等阵列结构时,表面的摩擦磨损和润滑特性随之改变的热动力学效应。针对表面织构技术在刀具方面的应用研究,描述了刀具表面织构的主要制备方法,对比分析了各种制备方法的优缺点,然后分别阐述了微沟槽织构、微凹坑织构、纳米织构/微纳复合结构阵列以及织构化自润滑刀具在减缓刀具磨损、提高加工质量等方面的研究现状与进展,同时分析了表面织构改善刀具系统摩擦学性能的原因和机理,最后指出刀具表面织构技术目前研究存在的问题及其对刀具减摩降磨的重要意义。     

乙醇辅助激光一步法制备硬质合金疏水表面

目的 在YT15硬质合金刀片上制备出具有疏水特性的织构表面.方法 在静态的无水乙醇环境中,利用光纤激光打标机,在YT15硬质合金刀片上制备织构,制备好的织构表面不做任何改性处理.根据织构表面形貌、织构表面化学成分,分析加工环境及激光参数对织构表面润湿性的影响.结果 无水乙醇辅助激光制备的织构表面表现出了疏水特性,疏水角...     

基于分子动力学研究刚性磨粒划擦铝基材料去除行为

目的 实现材料高效去除,避免亚表层严重滑移,以及改善已划擦区表面形貌质量.方法 基于EAM和Morse混合势函数,采用分子动力学法对刚性磨粒划擦Al材料的去除行为展开研究,分析磨粒尺寸、温度、压深、速度对材料去除行为的影响,并提出飞秒激光辅助加热改善材料塑性去除行为的方法.结果 不同划擦因素变化对Al材料去除、表面形貌...     

Research Progress of Diamond Tool Machining Technology for Ferrous MetalsEI北大核心CSCD

金刚石刀具是超精密加工最理想的刀具之一,但在黑色金属超精密加工领域“石墨化”导致刀具快速磨损,其应用极大地受到了限制。首先,针对金刚石刀具的磨损机理进行介绍。然后,综述金刚石刀具切削黑色金属的几种常见方法,如刀具表面改性、工件表面改性、低温辅助切削、超声振动辅助切削等,通过研究实例来分析各方法的应用效果和存在问题,并从技术层面分析影响金刚石刀具在黑色金属加工领域发展的关键因素。最后,对金刚石刀具切削黑色金属未来的发展趋势进行探讨。总结金刚石刀具在黑色金属领域的加工方法,分析加工黑色金属时抑制金刚石刀具磨损的核心技术,对黑色金属的精密超精密加工具有重要的引领和推动作用。     

织构化刀具表面摩擦磨损特性与减摩降磨机制研究

在刀具表面设计并加工出一定结构的微织构,可大幅改善刀具-切屑表面的摩擦状态。为了探究不同形态的织构刀具在干摩擦状态下的摩擦磨损特征,通过有限元仿真分析软件ABAQUS对不同织构类型的刀具进行分析,结合刀具的应力状态分布情况分析各类织构对减摩抗磨作用的影响。同时,利用飞秒激光器在刀具表面加工不同类型的织构并与钛合金磨球进行摩擦磨损实验,测定其摩擦因数,分析不同类型织构刀具表面的磨损情况和形貌。仿真及试验结果表明：刀具T1应力集中区分布广泛,应力集中严重;相对于T1,刀具T2、T3、T4、T5的等效应力值出现大幅降低,且应力分布较为均匀,其中刀具T4的表面等效应力值最低,且降温效果最优。上述结果表明：带有不同类型织构的刀具较无织构刀具的摩擦因数均有不同程度降低,一定程度上缓解了刀具表面的黏结磨损,其中T4摩擦因数降低最为显著,减摩效果最为突出。     

Effect of femtosecond laser pretreatment on wear resistance of Al2O3/TiC ceramic tools in dry cutting

A femtosecond pulsed laser (pulse width: 120 fs, wavelength: 800 nm and repetition rate: 500 Hz) was used for the pretreatment on the rake face of Al₂O₃/TiC ceramic cutting tools. The evolution of surface morphology of pretreated cutting tools irradiated with different pulse energies was measured by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). Dry cutting tests were carried out with these pretreated tools and conventional tools on hardened steel. The effect of pulse energy on the wear resistance of these pretreated tools was investigated. Results show that the cutting forces have no significant difference between laser pretreated tools and the conventional tool; the cutting temperatures of laser pretreated tools were slightly reduced compared with the conventional tool. Meanwhile, we found that the laser pretreated tools increased the adhesions of chips on the rake face, but they can significantly improve the wear resistance of the rake face; and laser pulse energy was found to have a profound effect on the wear resistance of the laser pretreated tools.     

滑动齿套拨叉槽的立方氮化硼刀具切削工艺试验研究

为了确定硬态切削代替磨削加工滑动齿套拨叉槽时各参数对其表面质量的影响,采用立方氮化硼刀具对20CrMnTi棒料进行切削,利用正交试验法对加工表面粗糙度进行了直观分析和方差分析,得出切削速度、进给量、背吃刀量对拨叉槽表面粗糙度的影响规律,并给出拨叉槽加工时合理的切削用量;同时也对加工过程中刀具的磨损进行分析,为滑动齿套拨叉槽的立方氮化硼切削工艺参数的选取提供了依据。     

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。     

复合织构刀具切削铝合金的性能∗

基于铝合金材料切削的现状和需求,针对单一织构刀具存在的抗黏减摩性能不足的问题,将不同织构应用于刀-屑接触区域,提出刀具前刀面分区异构的思想。利用皮秒激光在刀具黏结区与滑移区分别加工凹坑和沟槽,并调整沟槽的取向(平行 / 垂直于主切削刃),得到上下型(SXDV 和 SXDP)和左右型(ZYDV 和 ZYDP)四种复合织构刀具。对 6061 铝合金进行湿切削试验,研究不同区域内添加不同织构对刀-屑接触表面摩擦状态的影响。研究结果表明,对比无织构和单一织构刀具, ZYDP 复合织构刀具展现了更好的切削性能。具体表现如下：与无织构刀具相比,ZYDP 刀具的主切削力降低 30.7%,刀面黏结面积减少 63.9%,切屑卷曲半径减少 27.4%。合理的复合织构方案可以明显改善刀具切削过程中的黏结磨损问题,延长了刀具寿命。复合织构方案的提出以及相应的激光加工过程可为织构刀具的设计及实际应用提供新思路。     

PCBN刀具干湿切削加工淬硬钢时的磨损对比

本文研究了在一定切削参数下干、湿式切削加工淬硬钢时四种PCBN刀具的刀具寿命、磨损形式和磨损机理。通过扫描电子显微镜观察不同切削行程下刀尖形貌和刀具后刀面磨损量,并对刀具前后刀面进行能谱分析。结果表明湿式切削时的后刀面磨损量小于干式切削,说明刀具湿切比干切时具有较好的性能;PCBN刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损,其中前刀面磨损的表现形式为月牙洼磨损,磨损机理为机械磨损、氧化磨损和黏结剂磨损,而后刀面磨损机理有机械磨损、氧化磨损、黏结剂磨损和扩散磨损等;同时还发现CBN含量下降,刀具的后刀面磨损量也有下降趋势,即刀具的切削寿命有延长趋势。