微细铣削中刀具侧刃磨损试验研究

随着科学技术的发展,微小零件广泛应用于各个领域,而微细铣削技术变得越来越重要。在微细铣削中,对刀具磨损的研究占有重要地位。采用直径1 mm的TiAlN涂层平头铣刀,针对微细铣削黄铜H59时的刀具侧刃磨损进行试验研究。发现随着铣削长度的增加,侧刃磨损量呈上升趋势。切削长度为200 m时,两组试验的磨损带宽度变化由快变慢,出现变化临界点。对刀具磨损形式与机制进行分析,发现刀具出现涂层脱落、刀尖钝圆半径变大和微崩刃现象,分析其发生机制为磨粒磨损与粘结磨损。以侧刃后刀面磨损带宽度为试验指标进行正交试验,研究铣削参数对刀具侧刃后刀面磨损的影响主次顺序及最优参数组合。结果表明:每齿进给量、轴向切深、主轴转速和径向切深对刀具磨损的影响依次减少;试验所得最优参数组合为f_z=2μm/齿,a_p=0.3 mm,n=60 000 r/min,a_e=0.15 mm。     

微细铣削中切削条件对刀具磨损影响的试验研究

在微细铣削加工中,刀具易发生磨损失去切削能力,这严重影响了工件加工质量和效率。文章研究了微细铣削黄铜H59时,4种不同的切削条件(干切削、浇灌润滑、微量润滑MQL、-5℃低温气体冷却)对刀具磨损、切削力和表面粗糙度Ra的影响规律,并分析评价出了能够减少刀具磨损,保证加工质量的最佳切削条件。试验结果表明:不同的评判指标下,4种切削条件的优劣次序不完全相同;微细铣削中借助切削力与表面粗糙度Ra的变化趋势可以辅助判断刀具磨损情况;所用4种切削条件中,微量润滑条件特别适合高质量的黄铜材料微细铣削加工。该研究对于微细铣削不同材料时切削条件的选择具有实际的指导意义。     

微细铣削铝合金6061表面毛刺研究

目的揭示微细铣削铝合金6061过程中,铣削工艺参数(切削深度a_p、每齿进给量f_z、切削速度v)、顺逆铣方式、刀具磨损对毛刺大小及形态的影响规律,为控制铝合金6061毛刺,提高表面质量,优化切削工艺提供参考。方法基于单因素试验方法,采用涂层硬质合金微直径铣刀,对铝合金6061进行了铣削加工试验,分别对切削参数单因素试验的逆铣、顺铣顶端毛刺大小数据以及刀具磨损、毛刺形态信息进行采集和分析。结果直观绘制了a_p、v、f_z对逆顺铣两侧顶端毛刺大小的影响规律图。单因素切削速度试验中,顺铣侧毛刺最大为323μm,逆铣侧最大为268μm;单因素每齿进给量试验中,顺铣侧毛刺最大为332μm,逆铣侧最大为331μm;单因素切深试验中顺铣侧毛刺最大为314μm,逆铣侧最大为264μm。结论逆铣比顺铣的顶端毛刺小,随切削深度增加,毛刺依次呈现长条须状、撕裂状、波浪形锯齿状。刀具磨损是造成切削过程不稳定的重要因素,同时也会造成毛刺形态和大小不稳定。为尽量减少毛刺,应采用锋利刀具和逆铣方式,控制切削深度,选择合适的切削速度和进给量。     

铝合金切削过程刀具磨损预测研究

为更精确地研究刀具磨损,建立刀具磨损模型至关重要。目前刀具磨损的模型主要是经典的刀具磨损模型和刀具磨损预测模型,刀具磨损预测模型主要为人工神经网络、隐马尔可夫模型和支持向量机模型。分析铝合金切削过程中的刀具磨损机制,总结经典的刀具磨损模型,梳理刀具磨损预测模型。铝合金切削过程中刀具主要的磨损机制为黏着磨损、扩散磨损和磨粒磨损。结果表明：在黏着磨损和磨粒磨损的基础上考虑扩散磨损的刀具磨损理论模型最接近实际加工。     

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。     

铝合金螺纹挤压加工载荷仿真及刀具参数优化

面向汽车发动机箱体类零件生产线中的螺纹挤压成型工艺过程优化,基于加工过程有限元仿真和实验验证分析刀具载荷因素影响,优化刀具结构参数。基于Deform-3D实现A356铝合金工件螺纹挤压成型有限元建模仿真,求解加工过程刀具载荷数据,结合多组加工参数下的工件螺纹加工实验验证了仿真模型有效性。基于正交试验法获取多组仿真载荷数据,结合极差法分析刀具结构参数对刀具扭矩和轴向载荷的影响,结果表明:丝锥截面棱边数对挤压扭矩影响最为显著,棱齿铲磨量对挤压轴向力影响最显著。面向自动化生产线螺纹加工的刀具寿命提升和加工能耗控制,以降低刀具扭矩和轴向力为目标,通过仿真试验进行了刀具结构参数寻优,有效提升了刀具性能,缩减了刀具优化设计时间和成本。     

微细钻铣刀具表面涂层制备及应用研究进展(Ⅱ)

随着产品高度集成小型化,切削尺寸逐渐减小,微切削技术受到了国内外越来越多的关注。本文从印制电路板、钛合金、铝合金、镍基合金、淬硬钢等难加工材料出发,综述了各种难加工材料微细钻铣加工存在的难题。从切削力、刀具磨损、表面粗糙度、微细毛刺、表面加工硬化等方面进行讨论,介绍了针对难加工材料微细钻铣削常用的涂层种类,归纳了影响涂层微钻铣刀切削质量的相关因素,包括材料粘附性、切削力波动、磨粒磨损等。总结了各种难加工材料适用的微细钻铣刀具涂层,并提出一些改善涂层微钻铣刀具切削质量的方法及建议。综合经济性、材料加工适应性原则,开发出最佳涂层微细钻铣刀具,不断地提高微切削的质量,对微小零部件、微电子产品的发展具有重要意义。     

铝合金高速切削刀具磨损研究进展

由于铝合金高速切削过程中切削温度高,导致刀具严重磨损,降低了刀具寿命和零件加工精度,因此准确预测刀具磨损和分析刀具磨损规律至关重要。分别从刀具寿命模型和刀具磨损速率模型概述刀具磨损理论模型研究进展,基于切削用量、刀具性质和冷却方式分析刀具磨损规律。从已有研究来看,在铝合金高速切削过程中刀具磨损随切削速度和进给量增大而增大,切削深度无明显规律;常见刀具磨损有黏结磨损、磨粒磨损和扩散磨损,其中黏结磨损为主要刀具磨损机制。     

聚晶金刚石微细球头铣刀刃磨工艺参数优化

针对直径为0.5 mm的聚晶金刚石(PCD)微细球头铣刀刃磨质量控制问题,基于六轴数控刀具磨床几何运动原理,建立PCD微细球头铣刀的砂轮刃磨运动数学模型,开展PCD刀具精密刃磨正交试验,研究刃磨工艺参数对主轴负载率、刀具前刀面表面粗糙度、刀具刃口钝圆半径的影响规律。结果表明:磨削速度对主轴负载率以及刀具前刀面表面粗糙度的影响最为显著,提高磨削速度有利于获得较好的刀面质量;磨削深度对刃口钝圆半径的影响最为显著,减小磨削深度有利于获得锋利的刃口形状。通过合理选择刃磨工艺,PCD微细铣刀直径误差小于4.0 μm,刀具钝圆半径为4.5 μm,刀具角度误差小于1°,无明显刃磨损伤缺陷。      

PVD涂层刀具切削砂岩的磨损面积研究

研究切削参数对PVD涂层刀具磨损面积的影响。利用正交试验进行切削试验,采用网格划分方法计算刀具磨损面积,分析刀具磨损面积与主轴转速、进给速度和切削深度之间的关系,根据试验结果得到:提高主轴转速能够降低刀具磨损面积,增加进给速度与切削深度将使刀具磨损面积增大。根据经验公式,利用最小二乘法建立刀具磨损面积预测模型,通过F检验可知模型具有较高的显著性,并得到切削参数中影响刀具磨损面积的主次关系为切削深度、主轴转速、进给速度。     

小直径磨棒磨削加工TiC颗粒增强钢基复合材料GT35

为探究TiC颗粒增强钢基复合材料GT35合理的加工参数和冷却润滑条件,研究其对切削力、表面质量及刀具磨损的影响规律,采用小直径磨棒以侧面磨削方式开展试验。结果表明：干磨削会引起磨棒烧伤,极压磨削油的润滑效果优于水基合成磨削液的;磨棒在极压磨削油润滑下,磨削工件12 min后进入稳定磨损状态,其主要磨损形式为磨粒破碎、磨粒磨耗和磨粒脱落;主轴转速对切削力的影响大于进给速度的,且转速越高,切削力越小;工件表面粗糙度主要与磨棒磨粒出露高度的平整度有关,受加工参数的影响较小。用小直径磨棒磨削加工GT35材料时,应选择极压磨削油润滑,高主轴转速、中速进给的加工方式,以获得良好的刀具寿命、工件加工表面质量及适当的加工效率。     

基于ABAQUS有限元仿真的硬质合金刀具磨损机制研究

钛合金在切削过程中会产生严重的加工硬化现象,导致切削性下降、刀具磨损加剧,直接影响工件的加工质量。为研究钛合金切削性能和刀具磨损机制,利用ABAQUS软件建立了钛合金的有限元模型,对其切削过程进行仿真分析,研究硬质合金刀具磨损机制;设计Ti6Al4V钛合金车削实验,研究不同加工参数对刀具磨损程度的影响规律。研究结果表明:在切削钛合金时,刀具的磨损主要发生在刀尖和后刀面位置,刀具的磨损长度随车削速度的增加而变大,随车削深度的增加而减小,随进给量的增加呈现出先减小后变大的情况,实验和仿真结果趋于一致,平均误差在6%以内。     

Effect of coolant strategy on tool performance, chip morphology and surface quality during high-speed machining of A356 aluminum alloy

This paper describes the results of application of different coolant strategies to high-speed milling of aluminum alloy A356 for automotive industry. The paper investigates the effect of flood coolant, dry cutting, and minimum quantity of lubricant (MQL) technologies on tool wear, surface roughness and cutting forces. The cutting speed range was up to 5225 m/min. The feed rate used was up to 20 m/min. The result of MQL application is compared with dry milling and milling with flood coolant application. It was found that the MQL technology could be a viable alternative to the flood coolant application. The adhesive tool wear mechanism and adhesion activated surface quality deterioration are revealed and the role of lubricant in their reduction is defined.     

Effect of machining parameters and coating on wear mechanisms in dry drilling of aluminium alloys

The temperature generated by friction and plastic deformation in the secondary shear zone strongly controls tool wear. At lower cutting speeds tool wear is not severe insofar as the temperature is not significant. When the cutting speed is increased, there is a transition in wear mechanisms from abrasion and/or adhesion to diffusion. In the present paper, the change in wear mechanisms as a function of cutting speed and coating material is discussed. The cutting tests were performed on a rigid instrumented drilling bench without the use of cutting fluids. AA2024 aluminium alloy was used to investigate the wear mechanisms of cemented tungsten carbide and HSS tools. Three cutting speeds (25, 65 and 165 m/min) and a constant feed rate of 0.04 mm/rev were selected for the experiments. The best results in terms of maximum and minimum hole diameter deviations and surface roughness are obtained for the uncoated and coated tungsten carbide drills. The results also show that HSS tool is not suitable for dry machining of AA2024 aluminium alloy.     

基于刀具磨损率及加工效率的工艺参数优化

钛合金环槽铆钉因其高的铆接强度及良好的防松性能被广泛应用于航空航天行业。钛合金切削性能差,切槽刀具工作环境恶劣,使得切槽车刀的磨损更加严重。以钛合金环槽车削加工为研究对象,运用数值方法,得到不同的切削速度、进给量参数下,钛合金车削加工环槽时硬质合金刀具后刀面的磨损速率。通过数据分析,建立刀具后刀面磨损速率预测模型,利用最小二乘法进行参数辨识。应用遗传算法对考虑刀具后刀面磨损速率和切削加工效率的双目标进行优化,得到最优工艺参数组合。结果表明,经过优化的工艺参数,使整体目标值提高了2.9%。     

超声振动辅助铣削加工实验研究

通过实验研究了超声振动辅助铣削加工参数和振动参数对切削力与表面粗糙度的影响。在工件上施加沿进给方向的高频率、小振幅的超声振动。通过切削轨迹研究了超声振动切削的瞬时切削厚度,进而分析了切削力。以主轴转速、每齿进给量和振幅为参数,设计了一系列超声振动辅助铣削加工实验,并利用方差分析方法研究了各参数对切削力影响的显著性。研究结果表明:与未施加超声振动相比,施加超声振动后的切削力明显降低;超声振动铣削加工时对切削力的影响程度由大到小依次为振幅、主轴转速、每齿进给量;在特定的参数下,表面粗糙度也有所改善;表面形貌在同一振幅、不同进给量下存在明显差异。     

铍铜合金断续切削后刀面磨损机理研究

目的研究断续切削过程温度变化对刀具粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的影响。方法搭建了仿铣削加工的断续车削实验平台,采用热电偶法测量了断续切削过程中刀具后刀面在不同速度下的切削温度,利用带有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察后刀面随速度变化的磨损形貌并分析后刀面磨损区域的元素组成,阐述了后刀面温度和刀具磨损之间的联系,研究了Ti AlN涂层硬质合金刀具断续切削铍铜合金C17200时的后刀面磨损机理。结果随着切削速度的增加,刀具温度在v=500 m/min出现峰值,温度越高,后刀面的涂层剥落和粘结磨损现象越严重,涂层剥落和粘结磨损现象在切削速度为500 m/min时最严重,而后随着刀具温度的降低而减缓,切削速度600 m/min时的涂层剥落和粘结磨损现象相比500 m/min时有所减轻。结论断续切削过程中,刀具持续性地经受"负载-卸载"、"升温-降温"产生的高温、冲击和加工环境的不稳定性,是引起粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的主要原因。涂层剥落和粘结磨损是导致铍铜合金断续切削刀具失效的主要磨损形式。     

PCD和HTi10刀具铣削CFRP试验研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)难加工的特性,文中采用PCD和HTi10刀具进行了CFRP铣削试验,对加工过程中的铣削力、刀具磨损和表面粗糙度进行了分析。结果表明:PCD和HTi10刀具的铣削力和表面粗糙度变化规律一致,均随转速的增大而减小,随进给速度的增大而增大,但PCD刀具的铣削力更小,加工质量更好;与HTi10相比,PCD刀具的铣削力对刀具磨损更加敏感,更适合应用在加工环境较好的条件下。在CFRP加工过程中,粗加工时优选HTi10刀具,精加工时优选PCD刀具,宜选用高转速、低进给的切削参数。